本發(fā)明涉及一種多指標(biāo)觸發(fā)研判的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法和系統(tǒng)，屬于橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)：

1、主梁渦激振動(dòng)是大跨橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的一種風(fēng)致振動(dòng)形式。當(dāng)主梁渦激振動(dòng)發(fā)生較大波動(dòng)振幅時(shí)，對(duì)過(guò)往行車安全及舒適性會(huì)造成較大影響。此外，長(zhǎng)時(shí)段主梁渦激振動(dòng)還可能對(duì)橋梁的伸縮縫、構(gòu)造連接裝置等薄弱環(huán)節(jié)造成一定的損壞。

2、因此，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的主梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法和系統(tǒng)對(duì)于輔助交通管控，保障行車安全，評(píng)估結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)具有重要意義。然而現(xiàn)階段基于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法仍然存在如下問(wèn)題：

3、1.較多主梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法仍停留在對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的后處理階段，即主梁渦激振動(dòng)事件發(fā)生后，基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)輔助行車安全及評(píng)價(jià)行車舒適度難以發(fā)揮作用。

4、2.基于單指標(biāo)的主梁渦激振動(dòng)方法，存在大量的誤報(bào)警，給橋梁運(yùn)維單位帶來(lái)較大困擾。

5、3.基于多指標(biāo)同時(shí)評(píng)判的主梁渦激振動(dòng)方法，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)算能力提出了較高要求，增加了系統(tǒng)造價(jià)。此外，影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)其他分析功能。

6、所以，如何對(duì)現(xiàn)有主梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)主梁渦激振動(dòng)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的預(yù)警，用以輔助交通管控，保障行車安全是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多指標(biāo)觸發(fā)研判的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法和系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)主梁豎向位移波動(dòng)趨勢(shì)初判主梁渦激振動(dòng)，采用主梁波動(dòng)趨勢(shì)、能量比、橋址平均風(fēng)速多指標(biāo)超限觸發(fā)形式實(shí)現(xiàn)對(duì)主梁渦激振動(dòng)研判，旨在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)主梁渦激振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、科學(xué)預(yù)警，保障行車安全，輔助交通管控。

2、技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、第一方面，一種多指標(biāo)觸發(fā)研判的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法，具體包括：

4、步驟1：獲取主梁豎向位移數(shù)據(jù)，根據(jù)主梁豎向位移數(shù)據(jù)計(jì)算主梁豎向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)離散趨勢(shì)的線性回歸方程，當(dāng)線性回歸方程的斜率大于0，則進(jìn)入下一步，否則，結(jié)束渦激振動(dòng)預(yù)警流程。

5、步驟2：獲取主梁振動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)主梁振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算主梁振動(dòng)模態(tài)功率譜值的峰值，根據(jù)峰值計(jì)算能量比，當(dāng)能量比大于等于能量比閾值，則進(jìn)入下一步，否則，判斷非主梁渦激振動(dòng)。

6、步驟3：獲取橋址環(huán)境中風(fēng)速數(shù)據(jù)，根據(jù)橋址環(huán)境中風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算平均風(fēng)速，當(dāng)平均風(fēng)速小于風(fēng)速閾值時(shí)，則判定為主梁渦激振動(dòng)，否則，判定為主梁其他異常振動(dòng)。

7、作為優(yōu)選方案，還包括：

8、步驟4：根據(jù)主梁豎向位移數(shù)據(jù)，計(jì)算變化幅值；獲取極限承載力下主梁豎向位移變化幅值，最大彎矩得到主梁豎向位移變化幅值，根據(jù)變化幅值與極限承載力下主梁豎向位移變化幅值，最大彎矩得到主梁豎向位移變化幅值的關(guān)系，進(jìn)行渦激振動(dòng)預(yù)警處置。

9、作為優(yōu)選方案，所述步驟1，具體包括：

10、獲取主梁豎向位移數(shù)據(jù)，其中，為數(shù)據(jù)位置，為主梁豎向位移數(shù)據(jù)采樣頻率，為主梁豎向位移數(shù)據(jù)記錄周期。

11、將主梁豎向位移數(shù)據(jù)以t3周期為區(qū)間劃分為個(gè)節(jié)段。

12、主梁豎向位移節(jié)段數(shù)據(jù)記為，為節(jié)段位置，為各個(gè)節(jié)段數(shù)據(jù)位置。

13、計(jì)算主梁豎向位移各個(gè)節(jié)段數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差。

14、

15、其中，為主梁豎向位移節(jié)段數(shù)據(jù)的均值。

16、以節(jié)段位置為自變量，以各個(gè)節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)差為因變量，進(jìn)行線性回歸，獲得線性回歸方程。其中，為斜率，為截距，為線形擬合標(biāo)準(zhǔn)差。

17、若，則進(jìn)入下一步；若，結(jié)束渦激振動(dòng)預(yù)警流程。

18、作為優(yōu)選方案，所述步驟2，具體包括：

19、獲取主梁振動(dòng)數(shù)據(jù)，其中，為數(shù)據(jù)位置，為振動(dòng)數(shù)據(jù)的采樣頻率，為主梁振動(dòng)數(shù)據(jù)記錄周期。

20、根據(jù)主梁振動(dòng)數(shù)據(jù)，獲得主梁振動(dòng)模態(tài)功率譜值，為功率譜數(shù)據(jù)位置，為功率譜數(shù)據(jù)量。為主梁振動(dòng)模態(tài)功率譜值對(duì)應(yīng)頻率。

21、查找主梁振動(dòng)模態(tài)功率譜值中第一個(gè)最大值，記為一次峰值，對(duì)應(yīng)頻率值為；將主梁振動(dòng)模態(tài)功率譜頻率區(qū)間<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>[</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>max,</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mi>?</mi><msub><mi>l</mi><mi>min</mi></msub><mi>/</mi><mn>2</mn><mi>,</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>max,</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>l</mi><mi>min</mi></msub><mi>/</mi><mn>2</mn></mrow><mo>]</mo></mstyle>對(duì)應(yīng)主梁振動(dòng)模態(tài)功率譜值<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mi>p</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>max,</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mi>?</mi><msub><mi>l</mi><mi>min</mi></msub><mi>/</mi><mn>2</mn><mi>,</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>max,</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>l</mi><mi>min</mi></msub><mi>/</mi><mn>2</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></msub></mstyle>賦值為空，獲得主梁振動(dòng)模態(tài)消峰功率譜值，其中，為主梁理論豎彎模態(tài)頻率數(shù)組最小一階差分值。

22、查找主梁振動(dòng)模態(tài)消峰功率譜值中最大值，記為二次峰值，對(duì)應(yīng)頻率值為。

23、計(jì)算一次峰值與二次峰值的比值，記為能量比。若能量比小于能量比閾值，則進(jìn)入下一步；若能量比大于等于能量比閾值，則判斷非主梁渦激振動(dòng)。

24、作為優(yōu)選方案，所述步驟3，具體包括：

25、獲取橋址環(huán)境中風(fēng)速數(shù)據(jù)，其中，，為橋址風(fēng)速數(shù)據(jù)的采樣頻率，為橋址環(huán)境中風(fēng)速數(shù)據(jù)記錄周期。

26、根據(jù)橋址環(huán)境中風(fēng)速數(shù)據(jù)，計(jì)算平均風(fēng)速，。

27、當(dāng)平均風(fēng)速小于風(fēng)速閾值時(shí)，則判定為主梁渦激振動(dòng)，當(dāng)平均風(fēng)速大于等于風(fēng)速閾值時(shí)，判定為主梁其他異常振動(dòng)。

28、作為優(yōu)選方案，所述能量比閾值等于5。

29、作為優(yōu)選方案，所述風(fēng)速閾值等于，其中，為主梁渦激振動(dòng)理論風(fēng)速。

30、作為優(yōu)選方案，所述步驟4，具體包括：

31、計(jì)算主梁豎向位移數(shù)據(jù)的變化幅值，。

32、基于橋梁結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)有限元分析結(jié)果得到極限承載力下主梁豎向位移變化幅值。

33、基于主梁在車輛荷載作用下產(chǎn)生的最大彎矩得到主梁豎向位移變化幅值。

34、當(dāng)時(shí)，正常行車。

35、當(dāng)時(shí)，限速行車。

36、當(dāng)時(shí)，封鎖交通，禁止車輛上橋。

37、作為優(yōu)選方案，所述主梁理論豎彎模態(tài)頻率數(shù)組最小一階差分值獲取方法，具體包括：

38、基于橋梁結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)下有限元模型分析，獲得橋梁主梁理論豎彎模態(tài)頻率數(shù)組。其中，為第階理論豎彎模態(tài)頻率，為主梁理論豎彎模態(tài)階次，為主梁理論豎向模態(tài)數(shù)量。

39、計(jì)算主梁理論豎彎模態(tài)頻率數(shù)組的一階差分值，獲得最小一階差分值為，。

40、第二方面，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如第一方面中任一所述的一種多指標(biāo)觸發(fā)研判的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法。

41、第三方面，一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：

42、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)指令。

43、處理器，用于執(zhí)行所述指令，使得所述計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行如第一方面中任一所述的一種多指標(biāo)觸發(fā)研判的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法的操作。

44、有益效果：本發(fā)明提供的一種多指標(biāo)觸發(fā)研判的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法和系統(tǒng)，本發(fā)明有效提高了主梁渦激振動(dòng)預(yù)警的準(zhǔn)確性及預(yù)警的時(shí)效性。同時(shí)，便于程序化實(shí)現(xiàn)，具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

45、1.本發(fā)明相對(duì)于基于單指標(biāo)橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法，極大提升了主梁渦激振動(dòng)預(yù)警的準(zhǔn)確率，減少橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警信息的誤報(bào)。

46、2.本發(fā)明可以對(duì)主梁渦激振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，提高應(yīng)對(duì)主梁渦激振動(dòng)突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)速度，增加保障行車安全的能力，輔助交通管控。

47、3.本發(fā)明相對(duì)于多指標(biāo)并行計(jì)算的橋梁渦激振動(dòng)預(yù)警方法，通過(guò)對(duì)主梁豎向位移波動(dòng)趨勢(shì)初判，基于主梁波動(dòng)趨勢(shì)、能量比、橋址平均風(fēng)速多指標(biāo)超限觸發(fā)研判，可大幅提升渦激振動(dòng)預(yù)警的響應(yīng)效率，對(duì)系統(tǒng)計(jì)算資源要求低，可配性高。

48、4.本發(fā)明已經(jīng)程序化實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單快捷，具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。