一种利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法

本发明属于桥梁损伤检测，特别是涉及一种利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法。

背景技术：

1、钢-混凝土组合结构具有良好的力学性能和便利施工特点，采用组合技术建造桥梁能够产生很高的综合经济效益，近年来国内外的有关研究和工程应用越来越多。随着组合桥梁结构的推广使用，由于组合桥梁界面剪力键的隐蔽性、受力不均匀及非线性等特点，加之桥梁结构本身长期在环境侵蚀、材料老化和其上车辆荷载的疲劳效应等多因素的共同作用下，将不可避免地导致组合结构剪力键的损伤累积和抗力衰减，这必然影响组合桥梁结构的组合效应，从而导致其刚度和承载能力的下降，极端情况下将引发组合桥梁界面剪力键失效灾难性的突发事故。

2、因此，在桥梁结构安全运维的过程中，在早期阶段监测桥梁结构的局部损伤显得尤为重要而迫切。桥梁结构的状态评估通常采用动力测量方法。一般来说，基于振动的损伤检测方法可分为基于非模型(直接相关)和基于模型(模型更新)两大类。采用基于非模型的方法，直接比较了结构未损伤状态和损伤状态下的结构动态特性。实测的感兴趣振动特性包括频率[1]、模态振型[2]、模态振型曲率[3]、柔度[4]、模态应变能[5]、频响函数[6]等。另一方面，基于模型的方法要求对结构的有限元模型进行迭代修正，使结构的解析振动特性和实测振动特性尽可能接近。以上这些方法的一个主要困难是需要一个精确的初始有限元模型来进行更新。事实上，在结构的建造和使用阶段引入了许多不确定性的因素，使得获得完整结构的精确有限元模型变得不容易。

3、钢-混凝土组合梁是桥梁工程中常用的一种主梁形式，它合理地利用钢材和混凝土不同的受力特性，兼具有钢结构和混凝土结构的优点。在设计钢-混凝土组合梁时，为防止钢梁与混凝土翼缘板间出现过大的界面滑移，在混凝土翼缘板和钢梁之间需布置连接件，确保两者共同受力。连接件是组合桥梁结构中的关键构件，这些连接件长期在复杂的振动环境下服役，存在逐渐劣化甚至失效的风险。因此，深入系统地开展组合梁桥结构界面连接件的损伤检测研究具有工程实际应用价值以及重要的理论研究意义。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，用于组合桥梁剪力连接件损伤的识别。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，具体包含以下步骤：

4、s1，在钢筋混凝土板顶部位置放置传感器，用以测量钢筋混凝土板的响应；在钢梁的相应位置放置传感器，用以记录钢梁的响应；

5、s2，利用锤击试验获取桥梁在已知输入力和加速度作用情况下的响应；

6、s3，判断是否有未损伤结构测量响应数据，分情况定义损伤指数；

7、s4，基于获得的n个损伤指数得出损伤阈值；

8、s5，将损伤指数与损伤阈值对比得出损伤情况判定，当损伤指数di小于损伤阈值时，测量位置被识别为未损坏。

9、进一步的，步骤s2具体包括：

10、s21，使用仪表化的dytran 5803a大锤进行冲击测试，并反复使用加速度计来测量钢筋混凝土板和钢梁的加速度响应，加速度计的采样率设置为100hz，每次撞击记录1024个数据点；

11、s22，对采集到的响应进行去噪处理，从无噪声响应中识别出结构在未损坏和损坏状态下的固有频率和确定的模态振型；

12、s23，使用diamond工具箱从上述测量得到的加速度响应数据和锤击力中提取频率响应函数；

13、s24，上述获得的频率响应函数用于计算传输率，为了模拟测量噪声的影响，将具有零均值和特定标准偏差的正态分布随机噪声添加到计算的动态响应中。

14、进一步的，在s24步骤中，所述的利用频率响应函数用于计算传输率，传递率公式如式(1)所示：

15、

16、其中，h1a(ω)和h2a(ω)分别表示作用力与第一组和第二组响应向量相关的加速度频率响应函数矩阵的子矩阵。

17、进一步的，在步骤s3中，分两种情况定义损伤指数：

18、①、对于有未损伤结构测量响应数据的损伤检测，基于未损伤状态和损伤状态之间传递向量大小的相对差公式定义损伤指数，如式(2)所示：

19、

20、其中，tud和td分别是未损坏和损坏状态下板响应到梁响应的传递率矩阵；

21、②、对于无未损伤结构测量响应数据的损伤检测，定义一个参考传感器，基于从参考传感器到板传感器的传递率与从参考传感器到梁传感器的传递率差异性定义损伤指数,如式(3)所示：

22、

23、其中，tsr是参考传感器到板传感器的传递率矩阵，tgr参考传感器到梁传感器的传递率矩阵。

24、进一步的，对于有未损伤结构测量响应数据的损伤检测，利用未损伤和损伤状态下25～125hz频率范围内板响应到梁响应的传递率矩阵计算损伤指标。

25、进一步的，对于无未损伤结构测量响应数据的损伤检测，使用25～125hz频率范围内参考传感器到板传感器和到梁传感器的传递率矩阵来计算损伤指数。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

27、本发明具有目标针对性强、检测结果具体、准确等优点，对运营桥梁状态进行跟踪识别，以便实现损伤评估；同时识别出可能的结构损伤及其损伤程度，在此基础上实现安全及可靠度评估。

技术特征：

1.一种利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，具体包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，步骤s2具体包括：

3.如权利要求2所述的利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，在s24步骤中，所述的利用频率响应函数用于计算传输率，传递率公式如式(1)所示：

4.如权利要求1所述的利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，在步骤s3中，分两种情况定义损伤指数：

5.如权利要求3所述的利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，对于有未损伤结构测量响应数据的损伤检测，利用未损伤和损伤状态下25～125hz频率范围内板响应到梁响应的传递率矩阵计算损伤指标。

6.如权利要求3所述的利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，其特征在于，对于无未损伤结构测量响应数据的损伤检测，使用25～125hz频率范围内参考传感器到板传感器和到梁传感器的传递率矩阵来计算损伤指数。

技术总结
本发明公开了一种利用频域传递性对组合桥梁结构剪力连接件损伤检测的方法，具体包含以下步骤：S1，在钢筋混凝土板顶部位置放置传感器，用以测量钢筋混凝土板的响应；在钢梁的相应位置放置传感器，用以记录钢梁的响应；S2，利用锤击试验获取桥梁在已知输入力和加速度作用情况下的响应；S3，判断是否有未损伤结构测量响应数据，分情况定义损伤指数；S4，基于获得的n个损伤指数得出损伤阈值；S5，将损伤指数与损伤阈值对比得出损伤情况判定，当损伤指数DI小于损伤阈值时，测量位置被识别为未损坏。本发明解决了传统桥梁损伤检测建模困难的问题，有很好的应用前景。

技术研发人员：卢彭真,叶开,吴淑伟,高建军
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15