橋梁地震荷載的快速識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種橋梁地震作用的快速識別方法，屬于橋梁健康監測領域。
【背景技術】
[0002] 橋梁健康監測通過實時監測的方法對橋梁結構狀況進行監控與評估，提供有關橋 梁結構行為和環境規律的最真實是信息，為橋梁在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況 異常嚴重時發出預警信號，為橋梁的維護維修和管理決策提供依據與指導。我們需要根據 采集來的數據信息和現有技術，來判斷橋梁結構在某一時間段內受到何種荷載，從而為準 確評估橋梁運行狀況及后續維護管理提供依據。橋梁結構所受的極端荷載主要有：地震、船 撞、強風、暴雨。目前，強風和暴雨作用，目前都有較好的方法可以識別，風荷載通常由風速 儀測得，暴雨通過雨流計即可測得。但地震作用作為橋梁結構所受最主要的極端荷載作用 之一，卻無法識別出來，尤其是它和船撞作用的時程曲線十分相似。因此，對采集到的實時 監測數據進行分析，快速識別出橋梁地震作用響應，及時了解橋梁結構的實際受力情況，為 進一步的設計維護提供依據，具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0003] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種橋梁地震作用的快 速識別方法，以準確快速地識別出橋梁地震作用。
[0004] 技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的橋梁地震荷載的快速識別方法，包 括如下步驟：
[0005] 步驟10)采集橋梁加速度監測數據；
[0006] 步驟20)利用平穩性檢驗的方法選擇可能存在地震作用的區段；
[0007] 步驟30)繪制加速度時程包絡線；
[0008] 步驟40)根據加速度包絡圖特點識別出地震作用。
[0009] 具體地，所述步驟10)的采集方法為將加速度傳感器配接到橋梁健康監測系統 中，然后利用這些傳感器對測點的加速度值進行采集，采樣頻率為20Hz，傳感器將獲取的信 息傳遞到采集系統中，形成樣本，樣本包含不同時刻對應的加速度值；
[0010] 所述步驟10)中所采集的數據包括橋梁索塔塔頂橫橋向加速度、索塔塔頂縱橋向 加速度、主梁桁架間頂板垂向加速度、主梁桁架間頂板橫橋向加速度、上游側拉索加速度和 下游側拉索加速度。
[0011] 具體地，所述步驟20)的選擇方法是將待分析數據分為n小組，n根據總數據點的 個數來定，每100個數據分成一組，則/!= L總數據點數/100」（符號L」表示對符號內的值 向下取整），分別取每一小組內加速度最大值，按時間次序記為bpb2,b3, . . .，IVi，bn;
[0012] 在進行平穩性分析前，將n個加速度進行初始值歸零，即將所有n個值減去bi，得 到b/，b2'，b3'，.'bn-/，bn'，V=b1-b1=0，b2' =b2_b1，b3, =133-1^，…，bn-/ =bn_b1;將初始值歸零后的b/，b2'，b3'，…，bn_/，bn'這n個值劃分為 m份，m也是視數據點數而定的，可取m=L/7/40」，m取整數；對每份加速度值進行0.05置信 水平上的平穩性檢驗，若m份數據段檢驗出的結果都是平穩的，則肯定不存在地震作用，若 檢驗出的結果存在非平穩的數據段，則可能存在地震作用；記非平穩數據段開始時刻為h， 結束時刻為t2，要求[ti，t2]時間段內只能包含一個或幾個連續的非平穩數據段，不包含有 平穩數據段，則[ti，t2]為地震作用可能發生的時間段。
[0013] 具體地，所述加速度時程包絡線是將數據分成n組后，將每組的最大值點bpb2， b3，…，bn_i，bn連成一條曲線，形成整個待分析數據的時程包絡線，將整體時程包絡線落在 [h，t2]時間段內的包絡線作為地震作用可能發生時間段內的時程包絡線圖。
[0014] 具體地，所述步驟40)是根據步驟20)和30)對時程包絡線圖進行識別：若[ti，t2] 時間段內加速度時程的包絡線表現出先突然增大后逐漸減少的趨勢，則加速度時程的非平 穩特性是由船撞作用引起的，而非地震作用；若[ti，t2]時間段內加速度時程的包絡線表現 出先逐漸增大后逐漸減少的趨勢，則加速度時程的非平穩特性是由地震作用引起的。
[0015] 目前，其它荷載效應，如強風、暴雨，都能比較簡單的識別出來，但地震作用很難識 別出來，本發明在步驟20)中利用平穩性檢驗的方法先選出可能存在地震作用的區段。
[0016] 而根據步驟20)和30)，只能選擇出可能存在地震作用的響應區段。由于船舶撞擊 作用和地震作用造成的加速度時程曲線具有相同的非平穩性，即沒有船撞作用或地震作用 時，加速度時程均表現為波動平緩的平穩隨機過程；而當有船撞作用或地震作用時，加速度 時程均表現出上下劇烈波動的非平穩隨機特性，因此，還需要進一步區分地震和船撞作用。 故通過判斷[h，t2]時間段內加速度時程的包絡線特征就可以將地震作用和船撞作用引起 的響應區分出來：若[h，t2]時間段內加速度時程的包絡線表現出先突然增大后逐漸減少 的趨勢，則加速度時程的非平穩特性是由船撞作用引起的，而非地震作用；若[A，t2]時間 段內加速度時程的包絡線表現出先逐漸增大后逐漸減少的趨勢，則加速度時程的非平穩特 性是由地震作用引起的。從而快速的識別出地震作用。
[0017] 有益效果：
[0018] (1)準確識別橋梁地震作用。本發明基于健康監測采集數據信息，提供了快速識別 橋梁地震作用的方法。由于地震作用響應的規律是一定的，即是加速度時程曲線非平穩且 包絡線是先逐漸增大后逐漸減小的規律，保證了本發明識別方法的準確性和科學性。
[0019] ⑵該識別方法簡單快捷，可以很好的運用于工程實際中。本發明的識別方法思路 清晰，原理簡單，具有很好的可行性，彌補了現有健康監測領域中，無法根據所采集數據信 息識別出地震作用的現狀。根據實時監測到的數據，采用本發明的方法，可以簡單快速地判 斷橋梁是否有受到地震作用以及地震作用發生在什么時間段內。本發明的識別方法可適用 于各種橋梁結構所受地震作用的識別，使得本方法在識別橋梁地震作用時簡單、快速，可得 到廣泛推廣和應用。
[0020] 除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技 術方案的技術特征所帶來的優點外，本發明的橋梁地震荷載的快速識別方法所能解決的其 他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優點，將結合附圖 做出進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0021] 圖1為汶川地震發生時蘇通大橋不同部位各荷載效應的變化曲線圖；
[0022] 圖1 (a)為北索塔塔頂橫橋向加速度變化曲線圖；
[0023]圖1 (b)為北索塔塔頂縱橋向加速度變化曲線圖；
[0024] 圖1 (c)為主梁NA103號桁架與4號桁架間頂板垂向加速度變化曲線圖；
[0025] 圖1 (d)為主梁NA103號桁架與4號桁架間頂板橫橋向加速度變化曲線圖；
[0026] 圖1 (e)為NA34梁段上游側A34號拉索加速度變化曲線圖；
[0027] 圖1 (f)為下游A34拉索加速度變化曲線圖；
[0028] 圖2為地震和船撞響應時程變化曲線對比圖；
[0029] 圖2(a)為地震響應時程變化曲線；
[0030] 圖2 (b)船撞響應時程變化曲線；
[0031] 圖3為720個加速度值的變化趨勢圖；
[0032] 圖4為初始值歸零后720個加速度值的變化趨勢圖；
[0033] 圖5為初始值歸零后的720個加速度值的上包絡線。
【具體實施方式】
[0034] 實施例：
[0035] 本實施例的橋梁地震作用的快速識別方法的測定過程包括如下步驟：
[0036] 步驟10):采集橋梁加速度監測數據。
[0037] 將加速度傳感器配接到橋梁健康監測系統中，然后利用這些傳感器對測點的加速 度值進行采集，采樣頻率為20Hz，傳感器將獲取的信息傳遞到采集系統中，形成樣本，樣本 包含不同時刻對應的加速度值。
[0038] 圖1所示為2008年5月12日汶川地震發生