[发明专利]桥梁结构状态历史信息的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构状态信息的预处理技术，尤其涉及一种桥梁结构状态历史信息的分离方法。

背景技术

桥梁在运营服役期的结构安全性能，往往通过其自身的各种结构参数及其对外界作用的响应(如：应变/应变、位移/变形、振动，以及温度、荷载等)反映出来，因此通过对桥梁的这些内、外部结构参数进行长期监测，并对它们进行分析计算，就可以实时发现桥梁的微小结构变异及事故先兆、从而实现桥梁的结构安全监测与事故预警，因此桥梁结构安全监测技术是近年来桥梁技术发展的前沿领域之一。但是由于桥梁的这些内、外部结构参数及响应往往相互影响、交叉耦合，因此它们的存在会混淆甚至淹没结构自身结构劣化的真实信息。如果直接对桥梁结构安全监测系统获取的信息进行分析计算，就难以区分出温度、荷载等外部的环境作用信息与结构劣化信息，从而在桥梁结构安全评价时产生误判或漏判。必须首先对桥梁结构安全监测系统获取的原始数据进行预处理，以便分离出反映桥梁本身真实的结构性能变化信息。

在进行桥梁结构原始数据的预处理方面，以往都普遍采用滤波、平滑等常规的数据处理方法。但是由于常规的滤波处理方法只能针对某几个固定变化频率的信号，而桥梁结构受到的各种内、外部作用的周期长短不一、变化不定，因此常规滤波方法的处理效果非常有限，甚至还会将反映桥梁本身结构的真实性能变化信息滤除掉。考虑到桥梁所受车辆等活载影响是瞬时的，而环境温度荷载的影响则是缓慢的，桥梁自身的疲劳、蠕变等结构变化更加缓慢，因此可以认为桥梁结构的状态信息是一种典型的多尺度混合信息，但由于无法获知这些混合信息各自的具体频率范围，利用传统的傅里叶变换方法很难将它们分离。因此必须采用多尺度信号分离方法，将这些隐藏的结构有用信息从复杂的混合信息中分离出来，方能确保后续的结构分析计算准确无误。

发明内容

一种桥梁结构状态历史信息的分离方法，包括：采用小波多尺度分析方法将实测的桥梁结构响应历史信息分离为瞬变信息和缓变信息，再从缓变信息中分离出温度效应，最终分离出真正反映结构安全信息的有用信息。

采用小波多尺度分析方法将实测的桥梁结构响应的历史信息分离为瞬变信息和缓变信息，包括：

(1)选择合适的正交小波基作为小波函数，

(2)选择合适的分解层数J并对含噪的信号进行小波变换分解到J层；

(3)用分解到J层的逼近系数重构信号的缓变信息；

(4)用原信号与重构的缓变信息相减得到信号的瞬变信息。

其中，可供选择的正交小波基，包括：Daubechies系列小波、Symlets系列小波或Coiflet系列小波；而分解的层数J为：

式中：f_n为信号频率范围的上限；

f_m为需要分离的缓变信息的频率范围的上限；

所述的从缓变信息中分离出温度效应的方法为：

(1)利用不同时间尺度之间的效应差，建立缓变信息与温度差之间的回归方程Δz_Am＝f(T)。

(2)将实际测量的效应差Δz与回归方程的计算值Δz_Am相减，从而剔除缓变信息中的温度效应。

本发明的有益技术效果是：通过信号高低频信息的分离，分离反映结构安全情况的瞬、缓变信息，并从缓变信息中剔除温度效应，从而为从桥梁结构的瞬、缓变信息中找出结构的劣化信息，并确保后续的结构安全评价准确无误奠定基础。

附图说明

附图1，分离后的挠度n5的缓变信息；

附图2，分离后的挠度n5的瞬变信息；

附图3，分离后的挠度s5的缓变信息；

附图4，分离后的挠度s5的瞬变信息；

附图5，分离后的挠度n9的缓变信息；

附图6，分离后的挠度n9的瞬变信息；

附图7，分离后的挠度s1的缓变信息；

附图8，分离后的挠度s1的瞬变信息；

附图9，分离后的应变20的缓变信息；

附图10，分离后的应变20的瞬变信息；

附图11，分离后的应变22的缓变信息；

附图12，分离后的应变22的瞬变信息；

附图13，分离后的应变30的缓变信息；

附图14，分离后的应变30的瞬变信息；

附图15，测点s5挠度差和温差的拟合直线；

附图16，测点s5剔除温效应的挠度差；

附图17，测点n1挠度差和温差的拟合直线；

附图18，测点n1剔除温效应的挠度差。