[发明专利]一种使用主动激励车辆进行梁式桥桥面板损伤检测的方法

说明书

本发明属于桥梁检测的技术领域，提供了一种基于振动的混凝土梁式桥桥面板的损伤检测方法。首先，通过检测车的定点扫频激励来确定检测过程中的激励频率带宽，周期和幅值。其次，根据桥梁的设计图或现场测量，确定出梁式桥主梁个数，主梁间距和桥梁跨度，进一步确定出检测车辆的检测路径。然后，测试车辆根据确定的检测路径从桥的一端移动到另一端，并收集车辆的加速度响应。最后，通过损伤检测算法对加速度进行处理实现损伤定位。算法包括以下五步：将加速度响应按照激励周期分段；对每段加速度求自功率谱；对功率谱幅值进行采样形成向量；对任意两个向量求相似系数Q形成矩阵；将矩阵与车辆定位数据结合生成桥面板损伤的结果图。

技术领域

本发明属于桥梁检测的技术领域，涉及基于振动的混凝土梁式桥桥面板的损伤检测方法。

背景技术

由于材料退化和车辆超载，混凝土桥面板可能会发生局部损伤，例如分层，裂缝，钢筋腐蚀和剥落等。目视检查广泛地用于检查混凝土结构的损伤。目视检查的主要缺点是，当内部已经严重损伤，可能表面上只是出现微小的裂缝。损伤可能不被发现或者造成误判。此外，在河流的桥底进行检查也非常困难。无损检测技术也可用于检测桥面板的损伤。例如：雷达(GPR),冲击回波(IE)，超声波脉冲回波(UPE)，电阻率(ER)等。对于小型且规则的结构，例如压力容器的局部损坏,无损检测技术非常有效。然而它们很难在大型土木工程结构中全面实施。

除了上述无损检测方法以外，基于振动的损伤检测方法已经被研究了很多年。在动力测试中会测到结构的固有频率，振型和阻尼。只要结构发生异常，这些模态参数的值就会变化。获得模态参数的传统振动测试通常需要在现场安装测量设备，费时费力。杨永斌提出从车辆的加速度中提取桥梁结构的固有频率和振型。该方法仅需要在车辆上安装一个传感器，简单便捷。受杨的研究启发，张尧提出了一种在车辆上施加正弦敲击力来进行损坏检测的方法。可以从车辆的加速度响应中提取振型的平方。然后，通过比较损坏前后的振型差别就可以确定局部损伤。上述研究针对的为简支梁，关注的是桥梁的低阶模态。在中小跨径桥梁中，建造了大量混凝土梁式桥。这种桥的混凝土桥面板由数个主梁支撑，桥梁的长宽比较大，已经不能看作简支梁。上述检测方法已经不适用。根据混凝土梁桥的结构特点，混凝土梁桥的振动模式可以分为两种：整体振动模态和桥面板的局部振动模态。综上所述，如何通过激发起桥面板的局部振动进行桥面板的快速检测是十分必要的。

发明内容

本发明旨在提供一种新的梁式桥桥面板的损伤检测方法，解决桥梁检测过程中的桥面板损伤的快速定位问题。

本发明的技术方案：提出了桥面板损伤检测的程序。首先，通过检测车的定点扫频激励来确定检测过程中的激励频率带宽，周期和幅值。其次，根据桥梁的设计图或现场测量，确定出梁式桥主梁个数，主梁间距和桥梁跨度，进一步确定出检测车辆的检测路径。然后，测试车辆根据检测路径从桥的一端移动到另一端，并收集车辆的加速度响应。最后，通过损伤检测算法对加速度进行处理实现损伤定位。算法包括以下五步：将加速度响应按照激励周期分段；对每段加速度求自功率谱；对功率谱幅值进行采样形成向量；对任意两个向量求相似系数Q形成矩阵；将矩阵与车辆定位数据结合生成桥面板损伤的结果图。

一种使用主动激励车辆进行梁式桥桥面板损伤检测的方法，步骤如下：

第一步，在检测之前设置激励参数

激励参数包括激励的频率带宽、周期和幅值；将测试车辆停放在两个相邻大梁的桥面板中间，然后安装在车辆上的激振器对车辆产生激励，同时，采集车辆的加速度响应；附加车辆的桥面板的振动频率f_vd可从检测车辆加速度的自功率谱峰值获得；带宽的上限为频率f_vd加15％-20％，带宽的下限为频率f_vd减15％-20％；将车辆在一个激励周期内在桥面板上行驶的距离视为检测段；激励周期取为0.2s-0.6s；激励的幅值取决于由激振器的类型提供的激励力的范围；

第二步，确定检测路径