斜拉索定期检测的损伤定位系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种斜拉索定期检测的损伤定位系统及其方法，属于结构检测【技术领域】；包含激励模块、数据采集模块、数据分析模块、安全评定和维修决策模块四个部分；其中关键技术是其数据分析模块，该模块的核心是所发明的斜拉索损伤定位的归一化离散度波形差法，这是一种基于振动信息时域分析的损伤定位方法。本发明适用于斜拉桥结构定期检测中，斜拉索的损伤定位和安全评定，具有计算速度快、实施简单、成本低、不需要建立结构数值模型、抗噪声性能强等优点。
【专利说明】斜拉索定期检测的损伤定位系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于基于振动的结构损伤检测【技术领域】，涉及到斜拉桥结构的斜拉索损伤定位，具体地说是发明了一个用于斜拉索定期检测的损伤定位系统。
【背景技术】
[0002]基于振动的结构损伤检测技术是土木工程、机械工程、航空航天工程等领域的研究热点，它不需要对结构的每个细节部位进行全面排查，仅通过对一些测点的振动响应信号进行分析便可定位出损伤的大致位置。相比常规的物理无损检测方法，基于振动的损伤检测系统可节约大量的人力、物力、操作简单，实施快捷。
[0003]斜拉桥是土木工程结构中的重要组成部分，往往跨径较大、耗资巨大，一旦发生破坏，造成的经济损失、社会影响尤其深远，其安全性异常重要。斜拉桥的斜拉索是结构受力体系中最关键的部分；通常大跨斜拉桥的斜拉索常服役于恶劣的自然环境中，并且在高应力下工作，腐蚀、断丝、材料老化、锚头损坏等不利因素使吊杆/斜拉索系统难免出现不同程度的损伤。研究和经验表明，斜拉索是斜拉桥中最容易发生损伤的部分；一旦发生损伤，结构桥面轻则出现V形波浪，重则主梁脱落、造成灾难。一般来说，除了重大自然灾害(如地震、强台风)对大跨度桥梁结构可能造成瞬间破坏以外，正常情况下斜拉索的损伤是一个逐步累积的过程，对大跨度桥梁结构进行定期检测可满足安全性的需要。因此，发展斜拉桥结构中斜拉索的损伤检测系统有积极意义。
[0004]然而，基于振动的斜拉桥等大跨度桥梁结构的损伤定位目前仍受较大局限，其中两个主要问题是大跨度桥梁结构有限元模型的精确性不高、一些损伤定位系统受噪声干扰较大。
【发明内容】
[0005]为了及时掌握大型斜拉桥结构中斜拉索的服役状态和损伤分布，发明一种用于斜拉索定期检测的损伤定位系统，该系统由激励模块、据采集模块、数据分析模块、安全评定和维修决策模块组成。
[0006]激励模块为将一个无线加速度传感器安装在某个斜拉索的测点上，检测时用力锤激励安装有无线加速度传感器斜拉索的测点并记录下脉冲激励幅值；无线传感器包含信号发送模块。
[0007]数据采集模块采集位于斜拉索测点的无线加速度传感器发送的加速度信号并存储在计算机中。
[0008]数据分析模块汇集所有斜拉索的加速度信号，采用基于提出的斜拉索损伤定位的离散度波形差法进行计算并给出损伤定位结果。
[0009]安全评定和维修决策模块显示是否有损伤斜拉索以及损伤斜拉索的编号，若无损伤斜拉索，则说明所有斜拉索都是安全的；若有损伤斜拉索，使用物理无损检测等局部检测方法对损伤的斜拉索进行检测，并给出可靠的损伤检测结果，根据斜拉索损伤的严重性作出维修或更换斜拉索的决策。
[0010]四个模块之间为先后顺序的关系:首先激励斜拉索；然后数据采集模块采集激励信号和加速度振动响应信号；再将所有这些采集到的信号传送到数据分析模块中由提出的斜拉索损伤定位的离散度波形差法模块进行计算；计算结果可显示是否有损伤斜拉索以及损伤斜拉索的编号；最后在安全评定和维修决策模块中再用物理检测方法对有损伤的斜拉索进行损伤程度评估并采取最终决策。
[0011]斜拉索定期检测的损伤定位方法包括如下步骤:
[0012]步骤一、测点和激励点布置:在待检测的每根斜拉索上布置一个固定的测点和一个固定的激励点；
[0013]步骤二、获得加速度响应:在每根斜拉索的激励点用力锤，以与斜拉索索面垂直方向激励该斜拉索，同时力锤端部的力传感器记录下激励幅值，并传输到计算机的数据采集模块中；数据采集模块分别基于损伤前的结构和未知状态的结构获得所有测点上与激励方向相同方向的加速度；将不同脉冲激励幅值下得到的加速度信号对激励幅值进行归一化，得到单位激励幅值(IN)下的加速度响应；
[0014]步骤三、计算各测点加速度响应的离散度:斜拉索k上测点的加速度时间序列(信号ak)的各散点为4,4,...4，则斜拉索k上的加速度信号ak的离散度DOD为
[0015]
【权利要求】
1.斜拉索定期检测的损伤定位系统，其特征在于该系统由激励模块、数据采集模块、数据分析模块、安全评定和维修决策模块组成； 激励模块为将一个无线加速度传感器安装在某个斜拉索的测点上，检测时用力锤激励安装有无线加速度传感器斜拉索的测点并记录下脉冲激励幅值；无线传感器包含信号发送模块； 数据采集模块采集每个位于斜拉索测点的无线加速度传感器发送的加速度信号并存储在计算机中； 数据分析模块汇集所有斜拉索的加速度信号，采用基于提出的斜拉索损伤定位的离散度波形差法进行计算并给出损伤定位结果； 安全评定和维修决策模块显示是否有损伤斜拉索以及损伤斜拉索的编号，若无损伤斜拉索，则说明所有斜拉索都是安全的；若有损伤斜拉索，使用物理无损检测等局部检测方法对损伤的斜拉索进行检测，并给出可靠的损伤检测结果，根据斜拉索损伤的严重性做出维修或更换斜拉索的决策； 四个模块之间为先后顺序的关系:首先激励斜拉索；然后数据采集模块采集激励信号和加速度振动响应信号；再将所有这些采集到的信号传送到数据分析模块中由提出的斜拉索损伤定位的离散度波形差法模块进行计算；计算结果可显示是否有损伤斜拉索以及损伤斜拉索的编号；最后在安全评定和维修决策模块中再用物理检测方法对有损伤的斜拉索进行损伤程度评估并采取最终决策。
2.斜拉索定期检测的损伤定位方法，其特征在于如下步骤: 步骤一、测点和激励点布置:在待检测的每根斜拉索上布置一个固定的测点和一个固定的激励点； 步骤二、获得加速度响应:在每根斜拉索的激励点用力锤以与斜拉索索面垂直方向激励该斜拉索，同时力锤端部的力传感器记录下激励幅值，并传输到计算机的数据采集模块中；数据采集模块分别基于损伤前的结构和未知状态的结构获得所有测点上与激励方向相同方向的加速度；将不同脉冲激励幅值下得到的加速度信号对激励幅值进行归一化，得到单位激励幅值(IN)下的加速度响应； 步骤三、计算各测点加速度响应的离散度:斜拉索k上测点的加速度时间序列(信号ak)的各散点为ak1,ak2，...akN，则斜拉索k上的加速度信号ak的离散度DOD为
3.斜拉索定期检测的损伤定位方法，其特征在于权利要求2的步骤三中式(I)定义的离散度DOD也可以通过以下三个式子(6)~(8)来定义:
【文档编号】G01N29/44GK103913512SQ201410137243
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】安永辉, 欧进萍 申请人:大连理工大学