一种基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法

本发明涉及桥梁检测预警，具体涉及一种基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法。

背景技术：

1、钢箱梁横隔板与u肋之间的连接焊缝经常由于外部超载车辆长期的作用而产生裂纹，裂纹在车辆荷载通行的过程中会不断扩展，从而影响钢箱梁本身的结构健康状况。u肋处的裂纹属于结构局部的裂纹，对于结构整体的形变以及结构本身的动力频率等影响非常微弱，很难通过结构整体的变形以及振动特征进行分析判断，损伤裂纹必须通过人为巡检才能发现，人为鉴定损伤的位置及情况一般都是固定性检查的，这种情况下在非检查期间容易忽略局部裂纹生长情况。

2、对于现代自动化健康监测系统而言，其监测重点在于桥梁的整体变形和应力。但对于桥梁的局部损伤并不敏感，很难通过应力和振动来识别桥梁局部损伤。u肋裂缝的早期预警是目前较为突出的难点；目前基于声发射技术，捕捉结构内部的应力波可以有效的发现和预警u肋裂纹产生的过程，在桥梁健康监测领域的应用和相关技术的实验研究中取得了一定的成果，但是声发射技术在钢箱梁内部局部结构的应用范围局限，现场准确性不高、花费时间长，在实地应用的技术仍未成熟，很难大规模应用于钢箱梁结构体系内部。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，解决上述的技术问题：

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，包括：

4、根据预设脉冲信号生成不同频率的短时脉冲声波信号；

5、获取设置在横隔板指定位置处所有加速度传感器在所有所述短时脉冲声波信号激励下对应的振动响应幅值信号；

6、根据所述振动响应幅值信号获取振动响应平均幅值曲线；

7、获取每个所述振动响应幅值信号对应的响应局部频谱能量曲线；

8、根据所述振动响应平均幅值曲线和所述响应局部频谱能量曲线判断所述横隔板的结构柔度是否产生变化。

9、通过上述技术方案，本方法依托传统的声波技术，利用普通喇叭发射预先设计好的短时脉冲声波信号，利用装载在相邻横隔板之间的加速度传感器来分析横隔板钢板结构受声波激励后的振动响应，结合对振动响应的频谱能量分析判断横隔板的结构柔度是否出现异常，可以大规模使用。

10、作为本发明进一步的方案：所述根据预设脉冲信号生成不同频率的短时脉冲声波信号的方法包括：

11、模拟生成短时脉冲声压信号；

12、将所述短时脉冲声压信号划分为多个不同频率的小波基声波信号；

13、安装在所述横隔板指定位置处的微型喇叭根据所述小波基声波信号发射所述短时脉冲声压信号。

14、作为本发明进一步的方案：所述振动响应平均幅值曲线的获取方法包括：

15、针对一个所述微型喇叭和一个所述加速度传感器；

16、所述微型喇叭每发出一次所述短时脉冲声压信号后，服务器根据所述加速度传感器所获取的所述振动响应幅值信号获取相应的振动响应平均幅值曲线。

17、作为本发明进一步的方案：所述获取每个所述振动响应幅值信号对应的响应局部频谱能量曲线的方法包括：

18、针对主频率为ω的所述小波基声波信号，对每个所述加速度传感器获取的所述振动响应幅值信号分别进行傅里叶变换，提取以主频率ω为中心，带宽为0.1ω的局部频谱信号能量作为响应局部频谱能量曲线。

19、作为本发明进一步的方案：在一组频率互不相同的所述短时脉冲声压信号对所述横隔板进行激励后，获取每个所述加速度传感器对应的所述振动响应平均幅值曲线；

20、将所述振动响应平均幅值曲线与预设标准振动响应曲线进行相似度对比，获得第一相似度评分；

21、在指定频率的所述短时脉冲声压信号对所述横隔板进行激励后，获取所述加速度传感器对应的响应局部频谱能量平均曲线；

22、将所述响应局部频谱能量平均曲线与预设标准频谱能量曲线进行相似度对比，获得第二相似度评分；

23、将所述振动响应平均幅值曲线和所有频率的所述短时脉冲声压信号对应的所述响应局部频谱能量平均曲线加载至同一图片中，得到曲线图片；

24、将所述曲线图片输入识别模型中，获取所述识别模型的输出为第三相似度评分；

25、根据所述第一相似度评分、所述第二相似度评分和所述第三相似度评分获得最终结构柔度评分。

26、作为本发明进一步的方案：所述识别模型为经过训练的神经网络模型，选型为cnn。

27、作为本发明进一步的方案：所述最终结构柔度评分的计算公式为：

28、pt＝α1sl1+α2sω+α3sl3

29、α1+α2+α3＝1

30、其中，pt为所述最终结构柔度评分，sl1为所述第一相似度评分，sω为所述指定频率为ω时的所述第二相似度评分，sl3为所述所述第三相似度评分；α1、α2、α3分别为对应权重系数。

31、作为本发明进一步的方案：统计所有所述横隔板中所述第二相似度评分出现超出预设幅度变化时，出现概率最高的指定频率；

32、提升所述指定频率对应的α2。

33、本发明的有益效果：本方法依托传统的声波技术，利用普通喇叭发射预先设计好的短时脉冲声波信号，利用装载在相邻横隔板之间的加速度传感器来分析横隔板钢板结构受声波激励后的振动响应，结合对振动响应的频谱能量分析判断横隔板的结构柔度是否出现异常，可以大规模使用。

技术特征：

1.一种基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，所述根据预设脉冲信号生成不同频率的短时脉冲声波信号的方法包括：

3.根据权利要求2所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，所述振动响应平均幅值曲线的获取方法包括：

4.根据权利要求3所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，所述获取每个所述振动响应幅值信号对应的响应局部频谱能量曲线的方法包括：

5.根据权利要求4所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，：

6.根据权利要求5所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，所述识别模型为经过训练的神经网络模型，选型为cnn。

7.根据权利要求5所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，所述最终结构柔度评分的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，其特征在于，统计所有所述横隔板中所述第二相似度评分出现超出预设幅度变化时，出现概率最高的指定频率；

技术总结
本发明涉及桥梁检测预警技术领域，公开了一种基于主动声激励的桥梁横隔板刚度退化监测方法，包括：根据预设脉冲信号生成不同频率的短时脉冲声波信号；获取设置在横隔板指定位置处所有加速度传感器在所有所述短时脉冲声波信号激励下对应的振动响应幅值信号；根据所述振动响应幅值信号获取振动响应平均幅值曲线；获取每个所述振动响应幅值信号对应的响应局部频谱能量曲线；根据所述振动响应平均幅值曲线和所述响应局部频谱能量曲线判断所述横隔板的结构柔度是否产生变化；利用装载在相邻横隔板之间的加速度传感器来分析横隔板钢板结构受声波激励后的振动响应，结合对振动响应的频谱能量分析判断横隔板的结构柔度是否出现异常，可以大规模使用。

技术研发人员：张家滨,陈改青,徐仕慧,姜正凯,韩雄,邓志鹏
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16