[发明专利]一种带有无损检测功能的钢构桥梁

摘要

本发明一种带有无损检测功能的钢构桥梁，包括钢构桥梁和与钢构桥梁相连的无损检测装置，其特征是，所述的钢构桥梁包括一支撑面和设置在支撑面两端的支撑柱组成的支撑板，所述支撑柱的底部设有一倾斜面，所述支撑板的两支撑柱之间设有两个呈三角形状的支撑架，所述支撑架中间开孔，所述支撑架呈直角三角形状，斜边向外，所述支撑柱底部的斜面设置在支撑架的斜边面上，与斜边相互配合安装，所述支撑架的内侧直角边上开设有一通孔，两支撑架之间设有一“T”形连接件。本发明桥面平稳，承载力大，桥面与支撑架之间的配合更加紧固。

主权项

一种带有无损检测功能的钢构桥梁，包括钢构桥梁和与钢构桥梁相连的无损检测装置，其特征是，所述的钢构桥梁包括一支撑面和设置在支撑面两端的支撑柱组成的支撑板，所述支撑柱的底部设有一倾斜面，所述支撑板的两支撑柱之间设有两个呈三角形状的支撑架，所述支撑架中间开孔，所述支撑架呈直角三角形状，斜边向外，所述支撑柱底部的斜面设置在支撑架的斜边面上，与斜边相互配合安装，所述支撑架的内侧直角边上开设有一通孔，两支撑架之间设有一“T”形连接件；无损检测装置包括基于时域特征检测模块、基于频域特征检测模块和综合检测模块，具体为：(1)基于时域特征检测模块，其包括时域特征提取子模块、基于时域的缺陷检测子模块；所述时域特征提取子模块用于采用改进的时域特征提取方法提取时域特征值；所述基于时域的缺陷检测子模块用于采用改进的自动分类识别方法对钢构桥梁缺陷进行检测识别，以得到基于时域的检测结果S1；(2)基于频域特征检测模块，其包括预处理子模块、归一化处理子模块、频域优化子模块、频域特征提取子模块和基于频域的缺陷检测子模块；所述预处理子模块用于对缺陷区域时域响应和参考区域时域响应进行快速傅里叶变换，得到缺陷区域频域响应和参考区域频域响应，并对缺陷区域频域响应和参考区域频域响应分别进行归一化处理后再进行差分处理，计算出差分频域响应；所述归一化处理子模块用于对差分频域响应进行归一化处理，进而得到差分归一化频域响应；所述频域优化子模块用于按照集肤效应选取出适于对钢构桥梁缺陷进行检测的频率，并基于选取的频率对差分归一化频域响应进行优化处理；所述频域特征提取子模块用于提取优化后的差分归一化频域响应的差分峰值谱、特定频率差分幅值谱和差分过零频率作为可用于表征钢构桥梁材料物理属性的频域特征值；所述基于频域的缺陷检测子模块用于采用改进的自动分类识别方法对钢构桥梁缺陷进行检测识别，以得到基于频域的检测结果S2；(3)综合检测模块，用于根据基于时域的检测结果S1和基于频域的检测结果S2，采用预定缺陷分类识别规则进行确定被测钢构桥梁的缺陷类型；所述改进的时域特征提取方法提取时域特征值，包括：(1)采用脉冲涡流传感器对钢构桥梁缺陷进行检测，调整脉冲涡流传感器与被测钢构桥梁表面之间的提离距离，获得缺陷区域时域响应q(t)，选取被测钢构桥梁无缺陷部位的时域响应作为参考区域时域响应c(t)；(2)对缺陷区域时域响应q(t)和参考区域时域响应c(t)进行差分和归一化处理，得到差分归一化时域响应S(t)，定义处理公式为：S(t)=q(t)ξ1max(q(t))-c(t)ξ2max(c(t))]]>式中，ξ1、ξ2为设定的系数调整因子，ξ1、ξ2的取值范围为[0.9,1.1]；(3)提取差分归一化时域响应S(t)的差分峰值时间和差分过零时间作为可用于表征钢构桥梁材料物理属性的时域特征值；所述改进的自动分类识别方法对钢构桥梁缺陷进行检测识别，包括：(1)选用高斯径向基核函数(RBF)作为Kernel函数，所述高斯径向基核函数的表达式为K(x,y)＝exp{‑γ‖x‑y‖2}，采用粒子群优化算法对RBF函数的参数γ进行优化；(2)执行训练算法，采用训练数据获得支持向量机分类模型；(3)对训练数据进行测试，对未知的钢构桥梁缺陷进行预测；所述预定缺陷分类识别规则为：采用加权平均法对基于时域的检测结果S1和基于频域的检测结果S2进行处理，获取最终检测结果，将最终检测结果与数据库中对应于不同损伤情况的标定结果进行比较，选择与最终检测结果对应的标定结果，根据预先建立的损伤情况与标定结果之间的映射关系，获取与所述标定结果对应的损伤情况，进而确定被测钢构桥梁的缺陷类型；所述损伤情况包括当量尺寸、缺陷深度；所述基于选取的频率对差分归一化频域响应进行优化处理，包括：(1)根据多个钢构桥梁缺陷的脉冲涡流响应信号数据构造数据矩阵D：式中，dij表示第i个缺陷在第j个选取的频率处的脉冲涡流响应信号值，i＝1,2,…,p，j＝1,2,…,q；(2)对数据矩阵D中的各脉冲涡流响应信号值进行标准化处理，定义标准化后的脉冲涡流响应信号值dij′的计算公式为：dij′=2dij-dj‾-di‾1p-1Σi=1p(dij-dj‾)2+1q-1Σj=1q(dij-di‾)2,(i=1,2,...,p,j=1,2,...,q)]]>式中，则p个缺陷在第j个选取的频率处的脉冲涡流响应构成向量为：dj＝(d1j′,d2j′,…,dpj′)T(3)计算各脉冲涡流响应构成向量d1,d2,…,dq在选取的q个频率处的相关系数矩阵C：式中，cmn(m＝1,2,…,q，n＝1,2,…,q)为dm和dn的相关系数；(4)确定k个优化频率Nr来反映选取的q个频率的综合效果，r＝1,2,…,k，k<q，优化频率矩阵可表示为：N1=h11d1+h12d2+...h11dqN2=h21d1+h22d2+...h2qdq.........Nk=hk1d1+hk2d2+...hkqdq]]>式中，hrj表示选取的q个频率在优化频率上的加权系数，加权系数矩阵H表示为：加权系数hrj的计算方式为：1)对特征方程|λE‑C|＝0进行求解，求取各特征值λj(j＝1,2,…,q)，将各特征值λj(j＝1,2,…,q)按照从大到小顺序进行排列，λ1>λ2>…>λq，并求取特征值λj(j＝1,2,…,q)对应特征向量ej，要求||ej||＝1，即2)定义第r个优化频率Nr对综合效果的贡献率Gr：Gr=λrΣj=1qλj,(r=1,2,...,k)]]>3)计算k个优化频率Nr的累计贡献率L：L=Σr=1kλrΣj=1qλj]]>k为满足L‑90％>0的最小值；4)计算加权系数：