一种箱梁裂纹状态定量评估方法

本发明属于桥梁健康监测领域，具体涉及一种箱梁裂纹状态定量评估方法。

背景技术：

1、桥梁箱梁在车辆荷载及其他可变荷载的作用下，内部应力反复变化，在残余应力的共同作用下，焊接及截面突变部位会发生应力集中，导致极易产生疲劳裂纹。裂纹发展到后期会对箱梁受力产生显著影响，已成为威胁桥梁安全甚至诱发桥梁倒塌的隐患。因此，对箱梁裂纹状态进行定量评估，为箱梁及时修复和加固提供依据，对于保障桥梁健康至关重要。

2、现有技术通过对结构谐振动响应进行奇异谱分析，得到不同损伤状态下的状态特征量，根据状态特征量簇的不同分布实现损伤状态区分。然而，若干个损伤状态对应的状态特征量簇往往具有明显的交集，难以定量描述处于交集中的状态特征量对应的损伤状态，导致利用现有技术对箱梁裂纹进行定量评估存在一定局限性。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种箱梁裂纹状态定量评估方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种箱梁裂纹状态定量评估方法，包括如下步骤：

4、根据裂纹发展过程中的箱梁谐振动响应构建状态特征量簇；

5、计算裂纹发展过程中所述状态特征量簇的三维概率密度函数，所述三维概率密度函数公式为：

6、

7、式中，f1m*(d1)、f2m*(d2)和f3m*(d3)分别为裂纹状态m在三个维度方向的归一化核密度函数；

8、根据所述三维概率密度函数在基准空间中的分布建立不同裂纹状态对应的置信域ωm；

9、根据所述三维概率密度函数计算置信度指标，通过所述置信度指标反映箱梁裂纹在所述置信域的概率比以对裂纹状态进行定量评估。

10、优选的，所述状态特征量簇的构建方法包括以下步骤：

11、根据箱梁健康状态下的谐振动响应x0(t)构造其hankel矩阵对所述进行奇异值分解令u为对应的基准空间；

12、测量裂纹发展过程中箱梁在同一裂纹状态下的谐振动响应数据集xi(t)(i＝1,2,3,...)，计算其对应的hankel矩阵向基准空间u投影得到计算ai前三阶主成分向量的二范数集合，由集合构造状态特征量簇其中表示由x0(t)得到的二范数。

13、优选的，所述归一化核密度函数公式为：

14、

15、式中，为高斯函数，n为信号数量，σ为标准差。

16、优选的，箱梁试件通过电磁激振器进行简谐激励，箱梁谐振动响应通过激光测振仪测得。

17、优选的，所述电磁激振器为丹麦b&k公司生产的4890模态激振器；所述激光测振仪为德国polytec公司生产的psv-400激光扫描测振仪。

18、优选的，所述置信度指标β为：

19、

20、式中，ⅰ、ⅱ、m……表示不同的裂纹状态，f，f，...fm为不同裂纹状态对应的三维概率密度函数。

21、本发明提供的箱梁裂纹状态定量评估方法具有以下有益效果：

22、本发明能够通过箱梁谐振动响应构建状态特征量簇，并计算裂纹发展过程中的状态特征量簇的三维概率密度函数，通过三维概率密度函数在基准空间中的分布能够建立不同裂纹状态对应的置信域，再根据三维概率密度函数计算置信度指标，通过置信度指标反映箱梁裂纹在各置信域的概率比，从而实现对箱梁裂纹状态进行定量评估。

技术特征：

1.一种箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，所述状态特征量簇的构建方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，所述归一化核密度函数公式为：

4.根据权利要求1所述的箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，箱梁试件通过电磁激振器进行简谐激励，箱梁谐振动响应通过激光测振仪测得。

5.根据权利要求4所述的箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，所述电磁激振器为丹麦b&k公司生产的4890模态激振器；所述激光测振仪为德国polytec公司生产的psv-400激光扫描测振仪。

6.根据权利要求1所述的箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，所述置信度指标β为：

技术总结
本发明提供了一种箱梁裂纹状态定量评估方法，属于桥梁健康监测领域，包括如下步骤：根据裂纹发展过程中的箱梁谐振动响应构建状态特征量簇；计算裂纹发展过程中状态特征量簇的三维概率密度函数；根据三维概率密度函数在基准空间中的分布建立不同裂纹状态对应的置信域；根据所述三维概率密度函数计算置信度指标，通过置信度指标反映箱梁裂纹在置信域的概率比以对裂纹状态进行定量评估。本发明能够通过箱梁谐振动响应构建状态特征量簇，并计算裂纹发展过程中的三维概率密度函数，通过三维概率密度函数计算置信度指标，通过置信度指标反映箱梁裂纹在各置信域的概率比，从而实现对箱梁裂纹状态进行定量评估。

技术研发人员：徐炜,曹茂森,卢启天,钱向东,陆云凤,张鑫
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12