[发明专利]一种利用单传感器信息的移动重构主成分的桥梁结构损伤定位方法

说明书

本发明公开了一种利用单传感器信息的移动重构主成分的桥梁结构损伤定位方法，步骤如下：S1、在梁桥任意位置安装一个加速度传感器；S2、测量车辆荷载经过梁桥时的加速度响应，得到所在测点的加速度信号_x(t)；S3、定义移动时间窗口；S4、对窗口内时间序列x_i(n)用时间延迟方法重构出矩阵A_i；S5、对矩阵A_i做主成分分析计算，取特征值向量V_i的元素最大值，定义为RMPCA；S6、移动时间窗口，得到重构移动主成分损伤指标时间序列_RMPCA(i)；S7、通过损伤特征量指标_RMPCA曲线定位损伤。该方法只需用到单个传感器数据，且无需完好桥梁无损数据，就能准确定位桥梁的损伤位置，降低了传感器的数量和成本，克服了目前桥梁无损数据不完备情况下无法检测损伤的难题。

技术领域

本发明涉及无损结构检测技术领域，具体涉及一种利用单传感器信息的移动重构主成分的桥梁结构损伤定位方法。

背景技术

土木工程结构在国民经济的发展中起着重要的作用，是对国计民生有重大影响的基础设施。土木工程结构由于受到环境、有害物质的侵蚀，可导致结构损坏。桥梁在建造和使用过程中，在交通流量迅速增加时，结构处于连续超负荷服役也可能导致疲劳破坏。我国的中小跨度桥梁，绝大多数为梁式桥梁，随着我国经济飞速发展，相当一部分这类桥梁在使用过程中严重的超载服役，导致桥梁结构各部分在达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化。因此，对桥梁进行结构健康监测是十分必要的。在结构健康监测领域，为了得到桥梁结构响应，一般在桥梁上安装各类传感器进行数据采集，而后基于不同的损伤识别理论从不同类型的数据中提取出相应的损伤特征，达到对桥梁的损伤进行诊断并定位的目的。

传统的桥梁结构健康监测及损伤识别系统需要大量的传感器以及桥梁的初始状态完备数据。目前国内外的桥梁结构健康监测及损伤识别系统安装成百上千个传感器，不仅耗资巨大，还造成“海量垃圾数据”。另外，大多数传统动力指纹方法都需要基于原始数据，即结构无损状态或建成后初始状态，而实际上这一点在工程中也很难做到，数据不完备是比较常见的工程问题。

桥梁结构健康监测及损伤识别技术的开发目前仍处于基础性的探索阶段，距离工程实践尚有一定的差距，而其中主要问题在于：安装的传感器过多，耗资巨大，存在难以处理的海量数据；以及数据不完备，许多桥梁已经建成并投入使用，缺少无损数据作为基准状态数据进行对比。基于上述背景，目前亟待提出一种能够在桥梁上安装少数传感器且不依靠桥梁无损数据来测量桥梁的动态响应、分析响应信号、进行桥梁的健康诊断和损伤定位的方法，以降低传感器的使用量，解决传感器过多，耗资巨大，数据不完备等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种利用单传感器信息的移动重构主成分的桥梁结构损伤定位方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种利用单传感器信息的移动重构主成分进行梁式桥梁结构损伤定位的方法，所述方法包括:

S1、在梁桥上任意一个位置安装加速度传感器a，安装方向为直于桥面方向；

S2、测量车辆荷载匀速通过梁桥时的加速度响应，得到加速度传感器a的加速度信号x(t)；

S3、定义移动时间窗口，截取所测得的单个信号得到窗口内信号的时间序列x_i(n)，n＝1,2,...,L，L为移动窗口长度，i为窗口移动的步点，L的计算方法如式(1)：

其中，f₁为梁桥基频，f_s为采样频率。

S4、对窗口内信号的时间序列x_i(n)用时间延迟方法重构出矩阵A_i。