一种拉索多模态涡激振动监测方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构性能监测方法，具体涉及一种拉索多模态涡激振动监测方法。

背景技术

拉索是斜拉桥的关键承载构件，主梁与车辆荷载全部通过拉索传递到索塔，因此拉索的正常服役对桥梁安全具有重要意义。桥梁的服役状态比较复杂，其受风、日照等环境荷载的持续作用，在特定风工况的作用下，拉索会产生涡激振动，这不但会造成拉索产生疲劳损伤，还会带动桥梁产生异常振动。随着斜拉桥拉索长度的增大，拉索的涡激振动明显不同于主梁的单一模态涡激振动，而表现为多模态涡激振动。

为了感知拉索振动特性，通常在拉索上安装加速度传感器，根据加速度时程数据演算出振动频率功率谱，功率谱多峰值数据代表了拉索的振动特性。但是，现有技术无法解决拉索涡激振动中的多模态叠加问题，导致运用拉索功率谱数据很难实现拉索异常振动状态感知。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种能够实现拉索涡激振动多模态识别的监测方法。

技术方案：本发明所述的拉索多模态涡激振动监测方法，包括如下步骤：

(1)获取拉索加速度功率谱，提取功率谱第1阶至第N阶频率f

(2)计算能量集中系数A

(3)当能量集中系数A

(4)对多模态涡激振动持续时间内的N-1个能量集中系数A

本发明通过拉索的振动加速度功率谱，利用识别特征值及阈值，确定拉索发生多模态涡激振动的起始和结束时刻，进而分析不同模态参与的能量集中系数的比重，通过主成分分析确定模态数量，从而实现拉索异常振动感知，为桥梁管养工程师实时知悉桥梁工作状态提供可靠情报，以便及时开展告警与灾害评估。

进一步地，步骤(1)中，将测得的拉索加速度时序数据按设定时间区间进行分段，通过PSD、LPSD或DPSD算法对每一段加速度数据进行功率谱分析计算，得到拉索加速度功率谱。将离散化的拉索加速度信息转换为功率谱数据，在频域范围进行识别，能够消除野值、漂移值与其他数据缺陷带来的负面影响，提高监测精度。

进一步地，所述设定时间区间根据综合算力与实时性进行确定，可以是1min、10min或更长，优选为1min。

进一步地，N取值不超过10。拉索涡激振动的多模态参与数量一般不会多于10个，因此本发明选取前10个主要模态进行分析，即N取10。

进一步地，步骤(4)中，所述设定值小于1，优选为95％，能够确保监测方法具备强鲁棒性与精确性。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明通过监测拉索的振动加速度功率谱，确定拉索发生多模态涡激振动的起始和结束时刻，运用主成分分析评价不同模态对应的能量集中系数的比重，遴选涡激振动的多阶模态频率，从而确定模态数量。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是拉索1min区间的加速度功率谱；

图3是能量集中系数时序数据；

图4是事件判断时序图；

图5是利用主成份分析所得能量集中系数贡献度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种拉索多模态涡激振动监测方法，包括如下步骤：

(1)采集拉索的加速度响应，以1min为时间区间计算拉索的加速度功率谱；

(2)提取功率谱第1阶频率f

(3)以1min为时间区间，计算9个能量集中系数A

(4)当能量集中系数A

(5)当能量集中系数A

(6)根据多模态涡激振动起始时间和结束时间，计算多模态涡激振动的持续时间；

(7)对多模态涡激振动持续时间内采集的9个能量集中系数A

下面以铜陵公铁两用斜拉桥的拉索加速度为例，说明本发明的具体实施过程。

(1)铜陵公铁两用斜拉桥加装的桥梁结构健康监测系统，能够收集拉索的加速度数据，这些加速度数据是数据驱动的基础。以1min为时间区间，对采集到所有加速度时程数据分段处理，并对每一段数据均进行一次功率谱分析计算，如图2为1min内计算所得功率谱示意图。

(2)如图2，提取功率谱第1阶频率f

(3)以1min为时间区间，计算9个能量集中系数A

(4)当能量集中系数A

(5)当能量集中系数A

(6)对多模态涡激振动持续时间内采集的9个能量集中系数A

(6)如表1，构成数量n的模态与第一阶主振频既拉索异常振动模态，累计主成分数量n就是参与多模态涡激振动的组合模态数量，并输出该分析结果。

表1最终输出的涡激振动模式表