[发明专利]一种用于高速铁路挡风墙结构的损伤预警方法

说明书

本发明涉及一种用于高速铁路挡风墙结构的损伤预警方法，属于挡风墙预警技术领域。该损伤预警方法包括以下步骤：借助高速行驶列车引起的振动对高速铁路挡风墙结构施加环境激励；通过无线传感器将挡风墙的动力响应信号经过无线信号传输系统传送到计算机；通过计算机对传输信号进行处理，得到挡风墙结构响应信号间的虚拟脉冲响应函数；对虚拟脉冲响应函数进行希尔伯特‑黄变换；对虚拟脉冲响应函数进行希尔伯特边际能量谱分析，并创建希尔伯特损伤特征向量谱，提出损伤预警指标；过预警指标对挡风墙损伤状态和损伤程度进行预警。本发明通过损伤预警指标对高速铁路挡风墙结构“健康状况”进行预警，具有简单方便、快速高效、现代智能等特点。

技术领域

本发明属于挡风墙预警技术领域，涉及一种用于高速铁路挡风墙结构的损伤预警方法

背景技术

目前，关于土木工程结构的损伤预警方法大多是针对梁、板、柱等结构构件，或是建筑、桥梁等结构，而对于挡风墙结构(尤其是高铁挡风墙)的损伤预警技术还处于起步阶段。但是在环境侵蚀、材料老化、荷载变异等因素共同作用下，损伤将会在挡风墙结构内部不断地出现并积累，当损伤积累到一定程度，轻则引起挡风墙局部破坏、重则造成其失稳，削弱挡风墙对高速行驶列车的保护能力。尤其在大风区、沙漠、戈壁等条件恶劣的地区，高铁挡风墙因损伤一旦发生破坏或失稳势必威胁高速列车安全。一方面，在大风地区挡风墙破坏或失稳会削弱挡风墙的抗风能力，大风引起的紊乱气流可能造成铁路中断行车、引发列车脱线、吹翻列车的重大事故；另一方面，穿过挡风墙的砂石可能会击中高速行驶的列车或者堆积在铁轨上，这将严重影响高速行驶列车的安全。因此，必须定期或实时对高铁挡风墙“健康状况”进行监测，当发现安全隐患时及时预警。但目前，对于高速铁路挡风墙结构的损伤预警方法或技术仍处于空白状态。因此，迫切需要一种简单方便、快速高效、无损智能的挡风墙结构损伤预警方法。

在多因素综合共同作用下，运营状态下的挡风墙会产生损伤。通过对初始状态(无损状态)和运营状态下的挡风墙施加振动激励，然后对初始和运营状态下挡风墙的动力响应信号进行希尔伯特-黄变换，则可提取反映其损伤的信息。但对挡风墙这类大体积、高质量的结构施加激励，要使其产生有用的响应必须采用专用设备施加较大的激励力，而过大的人工激励又可能造成其损伤。相对于人工激励，环境激励(如风荷载、地震荷载、爆炸荷载、机械振动荷载、车辆动荷载等或其组合)需要简单的试验装备和少量试验仪器，且环境激励能够进行结构全尺度的测量。而且事实上，挡风墙结构的振动大多是由于高速行驶列车的振动荷载或风荷载引起的。所以，为了采集挡风墙的动力响应，对挡风墙施加环境激励更为便捷、合理。

另外，直接基于挡风墙结构动力响应的希尔伯特边际能量谱并不是其固有动力参数，它随外界荷载变化而变化，但是基于动力响应间的虚拟脉冲响应函数与激励无关。因此，基于虚拟脉冲响应函数的希尔伯特边际能量谱亦与激励无关。于是，基于虚拟脉冲响应函数的希尔伯特边际能量谱，创建希尔伯特损伤特征向量谱，并提出预警指标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于高速铁路挡风墙结构的损伤预警方法，基于背景技术的思想，首先，通过对高速铁路挡风墙结构施加环境激励；通过无线传感器将挡风墙的动力响应信号经过无线信号传输系统传送到计算机；然后，通过计算机对传输信号进行处理，得到挡风墙结构响应信号间的虚拟脉冲响应函数；对虚拟脉冲响应函数进行希尔伯特-黄变换和希尔伯特边际能量谱分析，并创建希尔伯特损伤特征向量谱，提出损伤预警指标；最后，通过预警指标对挡风墙损伤状态和损伤程度进行预警。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于高速铁路挡风墙结构的损伤预警方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：借助高速行驶列车引起的振动对初始状态和运营状态下的高速铁路挡风墙结构施加环境激励；

步骤二：通过无线传感器采集挡风墙在初始状态和运营状态下的动力响应信号，采集的信号经无线传输系统传送到计算机；