本發(fā)明屬于土木結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種識(shí)別柔性繩索振動(dòng)頻率的寬帶搜峰法。
背景技術(shù)：
：隨著我國(guó)橋梁數(shù)量的迅速增長(zhǎng)和橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境的日趨復(fù)雜嚴(yán)苛，橋梁工程的安全問題日益突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1999～2016年期間我國(guó)共發(fā)生橋梁垮塌事故50余起，造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失和惡劣的社會(huì)影響。橋梁結(jié)構(gòu)的安全正受到政府和社會(huì)日益廣泛的關(guān)注。施工監(jiān)控是確保橋梁等大型結(jié)構(gòu)在施工或使用階段完美體現(xiàn)設(shè)計(jì)思路的一種手段，隨著橋梁等大型結(jié)構(gòu)的跨度、結(jié)構(gòu)型式的很大突破，常規(guī)的計(jì)算或測(cè)量手段已經(jīng)很難準(zhǔn)確地得出結(jié)構(gòu)在各種工況下的受力狀況，必須引入監(jiān)控作輔助控制手段，在橋梁等大型結(jié)構(gòu)的施工中起著指導(dǎo)和調(diào)整施工順序的作用。施工監(jiān)控主要有兩個(gè)方面：施工監(jiān)測(cè)和施工控制，施工監(jiān)測(cè)不但可以保證橋梁等大型結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全而且施工監(jiān)測(cè)的結(jié)果也為施工控制提供數(shù)據(jù)，而施工控制就是在施工全過程進(jìn)行有效的控制，保證成結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。施工監(jiān)測(cè)主要包括撓度觀測(cè)、溫度效應(yīng)觀測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)(通過應(yīng)變片測(cè)應(yīng)變)、預(yù)應(yīng)力觀測(cè)(對(duì)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu))、索力觀測(cè)(包括斜拉橋拉索、懸索橋、吊桿拱橋吊桿張拉力、鋼管拱吊裝扣索索力值)、結(jié)構(gòu)的振動(dòng)觀測(cè)(包括振動(dòng)幅值、振動(dòng)頻率、振動(dòng)模態(tài))等。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(structurehealthmonitoring，簡(jiǎn)稱shm)是土木工程學(xué)科發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是通過對(duì)柔性繩索理力學(xué)性能，及其所處環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)或間斷地監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體或局部行為，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷位移和程度進(jìn)行診斷，對(duì)結(jié)構(gòu)的服役情況、可靠度、耐久性和承載能力進(jìn)行智能評(píng)估，為結(jié)構(gòu)在突發(fā)事件下或結(jié)構(gòu)使用狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是一個(gè)多領(lǐng)域跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，涉及到土木工程、動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)、傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)等多個(gè)研究方向。振動(dòng)頻率是柔性繩索的自身特性，一般不會(huì)隨著外界環(huán)境和荷載變化的影響，振動(dòng)頻率是柔性繩索的質(zhì)量分布和剛度分布的函數(shù)，能夠反映柔性繩索整體健康狀況的參數(shù)。當(dāng)柔性繩索的振動(dòng)頻率發(fā)生了變化，則說明柔性繩索的質(zhì)量分布和剛度分布發(fā)生了變化，即柔性繩索出現(xiàn)了損傷，因此柔性繩索的振動(dòng)頻率是大型橋梁必須監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的重要參數(shù)。針對(duì)當(dāng)前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，海量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要及時(shí)地進(jìn)行處理，從中挖掘出結(jié)構(gòu)的狀態(tài)信息，就需要充分利用計(jì)算機(jī)，通過算法設(shè)計(jì)與程序開發(fā)，使得計(jì)算機(jī)能夠?qū)Ａ勘O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化地處理。本發(fā)明的方法就適用于計(jì)算機(jī)自動(dòng)化處理柔性繩索的振動(dòng)數(shù)據(jù)，獲得柔性繩索的多階振動(dòng)頻率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：技術(shù)問題：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種識(shí)別柔性繩索振動(dòng)頻率的寬帶搜峰法。技術(shù)方案：本發(fā)明提供的一種識(shí)別柔性繩索振動(dòng)頻率的寬帶搜峰法，包括以下步驟：步驟1，利用振動(dòng)傳感器測(cè)定柔性繩索的振動(dòng)數(shù)據(jù)，即柔性繩索的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)；步驟2，對(duì)柔性繩索的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域變換，獲得柔性繩索的振動(dòng)頻譜；步驟3，根據(jù)已知的柔性繩索的振動(dòng)頻率，標(biāo)記為fi*，其中，i表示振動(dòng)頻率的階數(shù)，i取值為連續(xù)的自然數(shù)，i＝1,2,3······，對(duì)頻譜進(jìn)行寬帶劃分，確定各階頻率的寬帶區(qū)域其中寬帶的寬度為步驟4，在寬帶區(qū)域內(nèi)搜索獲得峰值，峰值對(duì)應(yīng)的頻率fi即為柔性繩索實(shí)際的第i階振動(dòng)頻率。其中，步驟2中，頻域變換方法為傅里葉變換。其中，步驟3中，寬帶的位置根據(jù)已知的柔性繩索的各階振動(dòng)頻率確定；已知的柔性繩索的各階振動(dòng)頻率可以是理論計(jì)算結(jié)果(例如，采用有限元模型方法計(jì)算獲得)，或者是該結(jié)構(gòu)物的歷史振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)。其中，步驟3中，寬帶的寬度是每個(gè)都略有不同，但前n個(gè)可以覆蓋前n階頻率的所有頻域數(shù)據(jù)點(diǎn)。有益效果：本發(fā)明的寬帶搜峰法可以搜索柔性繩索的多階振動(dòng)頻率，可利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代工具或人工搜索快速獲得柔性繩索的振動(dòng)頻率，操作方便，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確。具體而言，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)勢(shì)：(1)計(jì)算方法簡(jiǎn)單，操作方便，便于理解，結(jié)果準(zhǔn)確；(2)本方法便于計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，便于計(jì)算機(jī)快速批處理；(3)本方法能夠搜索柔性繩索的多階振動(dòng)頻率，能夠根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)獲得當(dāng)前實(shí)際的振動(dòng)頻率；附圖說明圖1為某座大橋某根拉索15分鐘內(nèi)的加速度時(shí)程曲線；圖2為柔性繩索的振動(dòng)頻譜圖。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明寬帶搜峰法搜索振動(dòng)頻率的方法做出進(jìn)一步說明。實(shí)施例1寬帶搜峰法搜索振動(dòng)頻率，步驟如下：步驟1，利用振動(dòng)傳感器測(cè)定柔性繩索的振動(dòng)數(shù)據(jù)，即柔性繩索的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)，如圖1所示，是某座大橋某根拉索15分鐘內(nèi)的加速度時(shí)程曲線；步驟2，對(duì)柔性繩索的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域變換，變換方法利用離散傅里葉變換，獲得柔性繩索的振動(dòng)頻譜，見圖2所示，變換公式如下：其中，x(n)是離散的加速度時(shí)程數(shù)據(jù)列，n是加速度數(shù)據(jù)點(diǎn)的序號(hào)，n是加速度時(shí)程數(shù)據(jù)列的數(shù)據(jù)量，即采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，本例中，采樣頻率為20hz，采樣時(shí)長(zhǎng)為15分鐘，則采樣點(diǎn)數(shù)為n＝15*60*20＝18000，j是虛數(shù)，x(k)是變換后的頻域數(shù)據(jù)列，k是頻域數(shù)據(jù)點(diǎn)的序號(hào)；步驟3，根據(jù)已知的柔性繩索的振動(dòng)頻率，標(biāo)記為fi*，其中i＝1,2,3······，其中，i表示頻率的階數(shù)，對(duì)頻譜進(jìn)行寬帶劃分，確定各階頻率的寬帶區(qū)域本例中，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得到的fi*見表1所示；步驟4，在寬帶區(qū)域內(nèi)搜索獲得峰值對(duì)應(yīng)的頻率fi即為柔性繩索實(shí)際的第i階頻率；本例中，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得到的fi見表1所示。表1階數(shù)fi*(hz)fi(hz)絕對(duì)誤差(hz)相對(duì)誤差(％)10.35010.3500-0.0001-0.0320.70030.70110.00080.1131.05011.05110.00100.1041.39211.39880.00670.4851.74911.7456-0.0035-0.2062.09162.09330.00170.0872.45622.4522-0.0040-0.1682.79532.7933-0.0020-0.0793.14533.14780.00250.08103.49813.49890.00080.02113.85653.8514-0.0051-0.13124.20164.20030.00380.08134.54294.54890.00600.13144.90324.90330.00010.00155.25985.2544-0.0054-0.10165.61095.6022-0.0087-0.16175.95115.95220.00110.02186.28996.29110.00120.02…………………………本發(fā)明方法的準(zhǔn)確性和可靠性通過了實(shí)橋試驗(yàn)驗(yàn)證：表1是某座大橋某根索的振動(dòng)頻率，其中fi*是人工識(shí)別的歷史頻率，fi是利用本發(fā)明方法搜索到的實(shí)測(cè)頻率，它們的絕對(duì)誤差不超過0.01hz，相對(duì)誤差不超過0.5％，完全符合工程精度要求，說明本方法的準(zhǔn)確性較高。當(dāng)前第1頁(yè)12