專利名稱：橋梁裂紋損傷全息識別方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及橋梁健康檢測技術領域，尤其涉及一種橋梁裂紋損傷全息識別方法及系統(tǒng)。
背景技術：
隨著科技的迅猛發(fā)展和交通運輸需求的強勁增長，許多軌道交通橋梁或者公路及軌道交通兩用的大跨度橋梁已經(jīng)或者即將建成，例如:重慶長江大橋、武漢長江大橋。這些橋梁在使用過程中，不斷受到溫度、風沙等外界環(huán)境的侵蝕，以及車輛荷載、車輛沖擊的長期反復作用以及地震、洪水等自然災害的影響；因此，隨著使用年限的增加，這些橋梁的結(jié)構(gòu)和材料不斷老化、疲勞效應顯著增加，從而導致橋梁構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的自然累積損傷和突然損傷，這樣不僅會 縮短橋梁的使用壽命，而且還嚴重威脅到人民生命和財產(chǎn)安全；因此，對橋梁進行損傷識別就顯得十分的重要性。目前，對橋梁的損傷識別主要有應變監(jiān)測、撓度監(jiān)測、動力模態(tài)識別、聲發(fā)射檢測、機敏網(wǎng)監(jiān)測、圖像識別以及橋檢車等多種技術，雖然這些技術各有特點，但均是針對某一尺度和層面的損傷識別，主要存在對不同尺度和層面的結(jié)構(gòu)損傷信息關聯(lián)不足等缺點，實際應用效果難如人意。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種橋梁裂紋損傷全息識別方法及系統(tǒng)?？梢愿尤婧蜕羁痰姆从硺蛄旱牧鸭y損傷情況。本發(fā)明提供的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，包括:低頻振動模態(tài)識別模塊，用于采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息；高頻聲紋識別模塊，用于采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息；裂紋損傷全息識別模塊，用于建立所述整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成所述橋梁的全息性能演化狀態(tài)。進一步,還包括:信號傳感器組，包括:多個信號傳感器，用于測量橋梁在激勵源的激勵下，車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)聲高頻信號；所述低頻振動模態(tài)識別模塊，用于獲取所述低頻振動信號，并根據(jù)所述低頻振動信號識別橋梁的自振頻率以及所述自振頻率的時變過程，獲得所述橋梁的整體性能衰減趨勢和規(guī)律；所述高頻聲紋識別模塊，用于獲取所述局部發(fā)聲高頻信號，并根據(jù)所述局部發(fā)聲高頻信號識別橋梁的局部聲紋特征以及所述局部聲紋特征的變異，獲得所述橋梁的局部裂紋損傷信息。進一步，所述局部裂紋損傷信息包括:局部裂紋損傷的數(shù)量、程度和分布位置。進一步，所述局部聲紋特征包括:局部聲紋的頻譜。進一步，所述激勵源為所述橋梁上自然運行的車輛。
本發(fā)明提供的橋梁裂紋損傷全息識別方法，包括:b、采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息；C、采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息；d、建立所述整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成所述橋梁的全息性能演化狀態(tài)。進一步,所述b之前,還包括:a、以橋梁上自然運行的車輛為激勵源，測量橋梁在激勵源的激勵下，車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)聲高頻信號；所述b包括:獲取所述低頻振動信號，并根據(jù)所述低頻振動信號識別橋梁的自振頻率以及所述自振頻率的時變過程，獲得所述橋梁的整體性能衰減趨勢和規(guī)律；所述c包括:獲取所述局部發(fā)聲高頻信號，并根據(jù)所述局部發(fā)聲高頻信號識別橋梁的局部聲紋特征以及所述局部聲紋特征的變異，獲得所述橋梁的局部進一步，所述局部裂紋損傷信息包括:局部裂紋損傷的數(shù)量、程度和分布。進一步，所述局部聲紋特征包括:局部聲紋的頻譜。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明實施例，首先采用振動模態(tài)識別法和聲紋識別法分別識別橋梁的整體損傷信息和局部裂紋損傷信息，然后建立整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成橋梁的全息性能演化狀態(tài)。由于將橋梁的整體損傷信息和局部裂紋損傷信息關聯(lián)，因此實現(xiàn)了橋梁不同尺度和不同層次的損傷衰變信息的關聯(lián)，實現(xiàn)了橋梁健康的全息監(jiān)測模式，改變了以往技術單一、片面的監(jiān)測，具有更加全面、深刻的技術優(yōu)勢。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述:圖1是本發(fā)明提供的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的橋梁裂紋損傷全息識別方法的實施例的流程示意圖。
具體實施例方式請參考圖1，是本發(fā)明提供的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)主要包括:信號傳感器組1、低頻振動模態(tài)識別模塊2、高頻聲紋識別模塊3和裂紋損傷全息識別模塊4。其中，信號傳感器組I包括:多個信號傳感器，這些信號傳感器分布于橋梁結(jié)構(gòu)的關鍵部位，這些關鍵部位可以是橋梁主梁的跨中、支點、L/4、L/8以及幾何物理特性發(fā)生突變的的控制截面，還可以是橋梁墩柱、塔柱的根部、轉(zhuǎn)折點以及幾何物理特性發(fā)生突變的的控制截面，并且信號 傳感器的數(shù)量可以根據(jù)需要適當調(diào)整。這些信號傳感器主要用于測量橋梁在激勵源的激勵下，車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)聲高頻信號，優(yōu)選的，本實施例以橋梁上自然運行的車輛為激勵源，從而不必外加激勵源，可以實現(xiàn)實時和連續(xù)的橋梁裂紋損傷全息識別。優(yōu)選的，信號傳感器可以采用加速度傳感器實現(xiàn)，也可根據(jù)需要采用應變傳感器。 其中，低頻振動模態(tài)識別模塊2，主要采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息，其中振動模態(tài)識別法是指是從現(xiàn)場實測所得的橋梁結(jié)構(gòu)整體低頻振動響應數(shù)據(jù)中，確定結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，其中包括模態(tài)固有頻率、模態(tài)阻尼比、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度及振型等，并根據(jù)模態(tài)參數(shù)的變異來識別橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能損傷演化狀態(tài)。。具體的，低頻振動模塊識別模塊2從傳感器組I獲取低頻振動信號，并根據(jù)低頻振動信號識別橋梁的自振頻率以及自振頻率的時變過程，獲得橋梁的整體性能衰減趨勢和規(guī)律。其中，高頻聲紋識別模塊3，主要采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息，其中聲紋識別法是指從現(xiàn)場實測所得的橋梁結(jié)構(gòu)局部高頻振動響應數(shù)據(jù)中，確定結(jié)構(gòu)局部的聲紋特征，并根據(jù)聲紋特征的概率穩(wěn)定性變異來識別橋梁結(jié)構(gòu)的局部損傷狀態(tài)。具體的，高頻聲紋識別模塊3從傳感器組I獲取局部發(fā)聲高頻信號,并根據(jù)局部發(fā)聲高頻信號識別橋梁的局部聲紋特征(例如:頻譜)和局部聲紋特征的變異，獲得橋梁的局部裂紋損傷信息，這些局部裂紋損傷信息包括:局部裂紋損傷的數(shù)量、程度和分布位置，等。其中，高頻聲紋識別模塊3主要是基于裂紋損傷引起橋梁結(jié)構(gòu)局部幾何物理發(fā)聲機制的突變進而導致局部聲紋改變，結(jié)合加速度計分布的幾何拓撲性質(zhì)，來識別結(jié)構(gòu)局部裂紋損傷的發(fā)生和發(fā)展并予以定位的。其中，裂紋損傷全息識別模塊4主要用于建立整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，即基于局部裂紋發(fā)展對橋梁構(gòu)件局域剛度退化的影響關系，根據(jù)局部裂紋損傷識別的結(jié)果逐次修正結(jié)構(gòu)動力仿真模型，分析計算結(jié)構(gòu)整體振動模態(tài)特征的變化并與整體損傷識別結(jié)果進行對比驗證，形成橋梁的全息性能演化狀態(tài)，即建立起橋梁結(jié)構(gòu)局部裂紋損傷的量的漸次積累與整體損傷質(zhì)的突變之間的跨尺度、跨層次全息對應關系。具體的，裂紋損傷全息識別模塊4在低頻振動模態(tài)識別模塊2和高頻聲紋識別模塊3的識別基礎上，建立橋梁的局部微觀、細觀裂紋損傷數(shù)量、程序和分布與結(jié)構(gòu)整體宏觀動力特性變異之間的關聯(lián)模型，綜合判別橋梁的全息性能演化狀態(tài)。進一步的，裂紋損傷全息識別模塊4還可以識別和預警橋梁的極限狀態(tài)臨界點。進一步的，裂紋損傷全息識別模塊4還可以將識別結(jié)果(包括但不限于:全息性能演化狀態(tài))上報給橋梁維護管理決策系統(tǒng)，為橋梁維護管理決策系統(tǒng)進行維護等行為提供數(shù)據(jù)支撐。本實施例的橋梁 裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，由于其中的各部件(包括但不限于:傳感器組1、低頻振動模態(tài)識別模塊2、高頻聲紋識別模塊3和裂紋損傷全息識別模塊4)均可以更換，并且不會影響其持續(xù)連貫運行，因此系統(tǒng)可靠性好。本實施例的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，將橋梁結(jié)構(gòu)微觀、細觀裂紋損傷信息和宏觀動力特性衰變信息關聯(lián)起來，建立橋梁結(jié)構(gòu)健康全息監(jiān)測模式，改變以往技術單一、片面的監(jiān)測效果，具有更加全面、深刻的技術優(yōu)勢。請參考圖2，是本發(fā)明提供的橋梁裂紋損傷全息識別方法的實施例的流程示意圖。該方法流程與上述的系統(tǒng)對應。其中，該方法包括:步驟S11、以橋梁上自然運行的車輛為激勵源，測量橋梁在激勵源的激勵下，車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)聲高頻信號。其中，步驟Sll以橋梁上自然運行的車輛為激勵源，因此可以避免外加激勵源，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)和實時的橋梁裂紋損傷全息識別。另外，步驟Sll可以通過在橋梁的關鍵部位設置信號傳感器，通過信號傳感器采集車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)
聲高頻信號。
步驟S12、采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息，采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息。具體的，步驟S12從步驟Sll中獲取低頻振動信號，然后根據(jù)低頻振動信號識別橋梁的自振頻率以及自振頻率的時變過程，獲得橋梁的整體性能衰減趨勢和規(guī)律；同時，步驟S12從步驟Sll中獲取局部發(fā)聲高頻信號，然后根據(jù)局部發(fā)聲高頻信號識別橋梁的局部聲紋特征以及局部聲紋特征的變異，獲得橋梁的局部裂紋損傷信息。步驟S13、建立整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成橋梁的全息性能演化狀態(tài)。通過此步驟，將橋梁結(jié)構(gòu)微觀、細觀裂紋損傷信息和宏觀動力特性衰變信息關聯(lián)起來，建立橋梁結(jié)構(gòu)健康全息監(jiān)測模式，改變以往技術單一、片面的監(jiān)測效果，具有更加全面、深刻的技術優(yōu)勢。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中?！?br> 權利要求
1.一種橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，其特征在于:包括: 低頻振動模態(tài)識別模塊，用于采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息； 高頻聲紋識別模塊，用于采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息； 裂紋損傷全息識別模塊，用于建立所述整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成所述橋梁的全息性能演化狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，其特征在于:還包括: 信號傳感器組，包括:多個信號傳感器，用于測量橋梁在激勵源的激勵下，車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)聲高頻信號； 所述低頻振動模態(tài)識別模塊，用于獲取所述低頻振動信號，并根據(jù)所述低頻振動信號識別橋梁的自振頻率以及所述自振頻率的時變過程，獲得所述橋梁的整體性能衰減趨勢和規(guī)律； 所述高頻聲紋識別模塊，用于獲取所述局部發(fā)聲高頻信號，并根據(jù)所述局部發(fā)聲高頻信號識別橋梁的局部聲紋特征以及所述局部聲紋特征的變異，獲得所述橋梁的局部裂紋損傷信息。
3.如權利要求2所述的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，其特征在于:所述局部裂紋損傷信息包括:局部裂紋損傷的數(shù)量、程度和分布位置。
4.如權利要求2所述的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，其特征在于:所述局部聲紋特征包括:局部聲紋的頻譜。
5.如權利要求2所述的橋梁裂紋損傷全息識別系統(tǒng)，其特征在于:所述激勵源為所述橋梁上自然運行的車輛 。
6.一種橋梁裂紋損傷全息識別方法，其特征在于:包括: b、采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息； C、采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息； d、建立所述整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成所述橋梁的全息性能演化狀態(tài)。
7.如權利要求6所述的橋梁裂紋損傷識別方法，其特征在于:所述b之前，還包括: a、以橋梁上自然運行的車輛為激勵源，測量橋梁在激勵源的激勵下，車橋耦合動力過程中產(chǎn)生的低頻振動信號和局部發(fā)聲高頻信號； 所述b包括:獲取所述低頻振動信號，并根據(jù)所述低頻振動信號識別橋梁的自振頻率以及所述自振頻率的時變過程，獲得所述橋梁的整體性能衰減趨勢和規(guī)律； 所述c包括:獲取所述局部發(fā)聲高頻信號，并根據(jù)所述局部發(fā)聲高頻信號識別橋梁的局部聲紋特征以及所述局部聲紋特征的變異，獲得所述橋梁的局部裂紋損傷信息。
8.如權利要求7所述的橋梁裂紋損傷識別方法，其特征在于:所述局部裂紋損傷信息包括:局部裂紋損傷的數(shù)量、程度和分布。
9.如權利要求7所述的橋梁裂紋損傷識別方法，其特征在于:所述局部聲紋特征包括:局部聲紋的頻譜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種橋梁裂紋損傷全息識別方法及系統(tǒng)。其中系統(tǒng)包括低頻振動模態(tài)識別模塊，用于采用振動模態(tài)識別法識別橋梁的整體損傷信息；高頻聲紋識別模塊，用于采用聲紋識別法識別橋梁的局部裂紋損傷信息；裂紋損傷全息識別模塊，用于建立所述整體損傷信息和局部裂紋損傷信息的關聯(lián)，形成所述橋梁的全息性能演化狀態(tài)。本發(fā)明通過將橋梁的整體損傷信息和局部裂紋損傷信息關聯(lián)，實現(xiàn)了橋梁不同尺度和不同層次的損傷衰變信息的關聯(lián)，實現(xiàn)了橋梁健康的全息監(jiān)測模式，改變了以往技術單一、片面的監(jiān)測，具有更加全面、深刻的技術優(yōu)勢。
文檔編號G01N29/12GK103245728SQ20131016899
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權日2013年5月9日
發(fā)明者彭凱, 楊建喜, 周應星, 徐略勤, 程浩, 賈小飛, 喬奮義 申請人:彭凱