混凝土桥梁健康监测信息的活载效应多尺度提取方法

1、混凝土桥梁健康监测活载效应的多尺度提取方法 收稿日期： ；修订日期： 基金项目：交通部西部交通建设项目()通讯作者：梁宗保(1968-)，男，广西合浦人，副教授，博士，主要从事桥梁健康监测系统研究。E-mail：liangjj8；电话。唐朝霞1 梁宗保2(1.重庆交通大学信息中心，重庆 400074；2.重庆交通大学信息科学与工程学院，重庆 400074)桥梁健康监测；活载效应；提取；小波变换Tang Zhaoxia 1, Liang Zongbao 21 监测信息的时间多尺度特点尽管温度效应和活载效应都含有多个时间尺度的信息即： (1)其中zDm(t)为结构响应的瞬变信息，即活载引起的瞬时效

2、应，而zAm(t)为缓变信息，由温度效应和劣化效应构成，2 小波分析理论-频率局部化分析的性能而备受青睐。它能够以任意的尺度聚焦到信号的细节进行分析，因而又有“数学显微镜”的称号。利用小波分析在时间-频率域同时局部化的这种独特性质，可以将信号按任意的尺度进行逐级分离，力求将测量信息分解为“信号”和“噪声”，而无需知道信号的具体频率范围，非常适合于含有多种频率成分的信号的分析和处理7-8。对任一能量有限信号，其连续小波变换定义为8： (2)其中，a为尺度因子，b为位移因子，而时间函数称为母小波或基小波，通常简称为小波。小波是一种持续时间很短的波，它必须满足容许性条件，即： (3)要满足以上条件，

3、的傅里叶变换在(直流)处的值必须为零，即=0。由傅里叶变换的定义不难得到： (4)这时(2)式定义的小波变换也离散化为： (5)而小波函数族构成正交归一系，即: (6)则任意的离散小波变换表达式为: (7)二维系数cmn称为f(t)的离散小波变换或离散小波系数。(5)式是函数f(t)的离散小波变换，而(7)则是离散小波变换的逆变换。离散小波变换cmn同样也是对信号的时频局域化分析，其中m表示尺度或者频率，而n表示时间。由于小波在时频域都是局域化的，所以只有少量的系数cmn较大，而其它系数都很小甚至为零，尤其对暂态的、非平稳的信号更是如此。这是小波分析成功应用于数据压缩，去噪和信号检测的根本原因

4、。3 活载效应的多尺度提取3.1 提取步骤3.1.1 小波函数的选取目前小波函数种类繁多, 它们性质各异, 适合不同的应用场合。在进行结构响应历史数据的高、低频信息的分离时，选择不同的小波函数，将具有不同的分离效果。因而选取适当的小波函数是很重要的。这可以通过分析与信号分离关系密切的小波函数的特性来确定。包括紧支撑性、正交性、消失矩、对称性等。, 例如紧支撑小波就不是对称的(haar小波除外)，而且较短的支撑与较高的消失矩也是一对矛盾。因此找到一个上述各方面特性都同时达到最优的小波基是不可能的。为此，可通过有针对性地考察分析常用小波函数的特性，然后综合考虑各特性在应用中的具体要求，选择一个折中

5、的方案。3.1.2 分解层数的选择，高层分解的小波系数对应的是低频部分。因此分解层次越高，小波系数对应的低频部分的频率就越低。但具体分解到哪一层，需要根据所分析信号的尺度构成情况以及实际要求来确定。由于离散小波变换的多分辨率分析实质上是对频率域的划分，而且是按2的整数次幂逐次降低分辨率。因此，如果信号的频率范围为0fn，而需要分离的低频信号的频率范围为0fm,则分解层数为： (8)式中，表示不大于X的最大整数。3.1.3 提取方法，即可对实际测量的结构监测信息进行有效分离并提取活载效应。以挠度为例，经分析计算分解层数为5，设实际测量的挠度信号为z(t),经过小波变换分解到第5层，然后将变换后的

6、低频系数重构第5层的低频信息zAm(t)，则分离后挠度信号的高频信息(瞬变信息)为： (9)(车、人群)作用下的瞬态变化情况。，活动荷载引起的斜拉桥主梁结构应变相对于温度效应和恒载引起的应变而言，是一种变化较快的信息(即瞬变信息)，可采用小波分析的方法将应变信号的高低频成分分离。由于应变的影响因素及影响周期与挠度信号类似，故小波基的选择、分解的层数等均与挠度信号的分离相似。3.2 挠度信息的提取结果n5的挠度信号以及应变strain20和strain22进行小波分析从而实现对其瞬变、缓变信息进行分离的结果。其中，图1为主梁中跨跨中截面上游测点n5在2005年6月25日至7月2日的挠度变化情况，

7、图2、图3为挠度n5信号的分离为缓变和瞬变后的情况；图4为荷载试验的相应动挠度的变化。从分离结果看，中跨跨中的挠度测点的瞬变信息大部分的值在-15mm至+15mm之间，其波动范围与荷载试验的动挠度正好吻合。即分离后的瞬变信息正好反映了结构在动荷载作用下的挠度（即活载效应）变化情况。图1 跨中挠度n5的变化Fig.1 Deflection of n5 in mid-span图2 挠度n5的缓变信息Fig.2 Smooth information of deflection n5图3 挠度n5的瞬变信息Fig.3 Transient information of deflection n5图4 中

8、跨跨中测点动挠度Fig.4 Dynamic deflection of n5 at mid-span3.3应变信息的提取结果图5是2005年6月25日至7月2日马桑溪长江大桥主梁截面IV的应变测点strain20至strain23的变化情况。图6、图7为应变测点strain20的缓变信息和瞬变信息的分离结果，图8、图9为应变测点strain22的缓变信息和瞬变信息的分离结果。图10为应变测点strain22在荷载试验中的动态应变变化情况从分离结果可以看到，瞬变信息的变化幅度与荷载测试的动应变变化幅度一致，真实地反映了在活动荷载下的应变变化情况。图5 应变strain20-strain23的变化

9、Fig.5 Strains of strain20-strain23图6 应变20的缓变信息Fig.6 Smooth information of strain20图7 应变20的瞬变信息Fig3.7 Transient information in strain 20图8 应变22的缓变信息Fig.8 Smooth information of strain 22图9 应变22的瞬变信息Fig.9 Transient information of strain 22图10应变strain20动应变Fig.10 Dynamic strain of strain20结束语阐述了小波分析的基本理论

10、和进行信号分离的原理、步骤，在此基础上针对桥梁结构响应信息的特点，利用小波分析的方法分别将其活载效应(瞬变信息)和劣化效应（缓变信息）分离，在复杂的结构响应中提取了反映结构安全状况的活载效应，并进行了实桥应用。通过与荷载试验中相应测点的数据变化幅度和趋势的对比，证明了所用方法的有效性和可行性，可为数量最多、分布最为广泛的混凝土桥梁结构安全评价中获取重要数据基础提供有力的支持BrownMonitoringStructuralCHEN大型桥梁健康监测概念与监测系统设计J通讯地址：重庆市南岸区学府大道66号 邮编：400074E-mail：liang_zongbao下面是赠送的中秋节演讲辞，不需要的

11、朋友可以下载后编辑删除！谢谢中秋佳节演讲词推荐中秋,怀一颗感恩之心老师们，同学们：秋浓了，月圆了，又一个中秋要到了!本周日，农历的八月十五，我国的传统节日中秋节。中秋节，处在一年秋季的中期，所以称为“中秋”，它仅仅次于春节，是我国的第二大传统节日。中秋的月最圆，中秋的月最明，中秋的月最美，所以又被称为“团圆节”。金桂飘香，花好月圆，在这美好的节日里，人们赏月、吃月饼、走亲访友无论什么形式，都寄托着人们对生活的无限热爱和对美好生活的向往。中秋是中华瑰宝之一，有着深厚的文化底蕴。中国人特别讲究亲情，特别珍视团圆，中秋节尤为甚。中秋，是一个飘溢亲情的节日;中秋，是一个弥漫团圆的时节。这个时节，感受亲

12、情、释放亲情、增进亲情;这个时节，盼望团圆、追求团圆、享受团圆这些，都已成为人们生活的主旋律。同学们，一定能背诵出许多关于中秋的千古佳句，比如“举头望明月，低头思故乡”、“但愿人长久，千里共婵娟”、“海上生明月，天涯共此时”这些佳句之所以能穿透历史的时空流传至今，不正是因为我们人类有着的共同信念吗。中秋最美是亲情。一家人团聚在一起，讲不完的话，叙不完的情，诉说着人们同一个心声：亲情是黑暗中的灯塔，是荒漠中的甘泉，是雨后的彩虹中秋最美是思念。月亮最美，美不过思念;月亮最高，高不过想念。中秋圆月会把我们的目光和思念传递给我们想念的人和我们牵挂的人，祝他们没有忧愁，永远幸福，没有烦恼，永远快乐! 一

13、、活动主题：游名校、赏名花，促交流，增感情二、活动背景：又到了阳春三月，阳光明媚，微风吹拂，正是踏青春游的好时节。借春天万物复苏之际，我们全班聚集在一起，彼此多一点接触，多一点沟通，共话美好未来，与此同时，也可以缓解一下紧张的学习压力。 相信在这次春游活动中，我们也能更亲近的接触自然，感悟自然，同时吸收万物之灵气的同时感受名校的人文气息。三、活动目的：1. 丰富同学们的校园生活，陶冶情操。2. 领略优美自然风光，促进全班同学的交流，营造和谐融洽的集体氛围。 3. 为全体同学营造一种轻松自由的气氛，又可以加强同学们的团队意识。 4. 有效的利用活动的过程及其形式，让大家感受到我们班级的发展和进步

14、。四、活动时间：XX年3月27日星期四五、活动参与对象：房产Q1141全体及“家属”六、活动地点：武汉市华中农业大学校内七、活动流程策划：1、27日8点在校训时集合，乘车2、9点前往华农油菜基地、果园，赏花摄影3、10点30，回农家乐开始做饭，进行“我是厨王”大比拼4、1点30，收拾食品残物，开始集体活动5、4点，乘车返校八、职能分工及责任定岗1、调研组：负责前期的选址、策划的撰写、实地考察、交通工具的联系和检验   组长：金雄   成员：吴开慧2、安全保卫组：负责登记参加春游的人数，乘车前的人数的登记，集体活动时同学的请假的审批，安

15、全知识的培训与教育，午餐制作的人员分组   组长：徐杨超  成员：王冲3、食材采购组：根据春游的人数和预算费用合理购买食材   组长：胡晴莹  成员：何晓艺4、活动组织组：在车上、赏花期间、主要是做饭完后的集体活动期间的活动的组织   组长：武男    成员：冯薏林5、厨艺大赛组织组：负责指导各个小组的午餐的准备，最后负责从五个小组里推荐的里面选出“厨王”（厨王春游费用全免）   组长：朱忠达&#

16、160;  成员：严露6、财务组：负责财务的报账及最后的费用的收取，做好最后的决算向全班报告   组长：杨雨7、督导组：负责检查各组的任务的完成及协调各小组的任务分工   组长：叶青青【注】以上只是大致的责任定岗，组长负主责，各小组要相互配合，相互帮助发挥你们的聪明才智去认真完成任务九、注意事项1、分组要尽量把做事积极的与不太积极的搭配，每组里都要有学生干部，学生干部要起带头作用2、食材的购买不要太复杂了，先前想出菜谱，然后组织大家学习下烹饪知识，注意食材购买的质和量3、注意提醒大家手机充足电，随时保持通讯畅通，有相机的同学带上相机，组织大家多拍几张全家福4、游戏最好要能吸引全部人参加，让同学们能增加了解，班委们能更好的了解同学们的动态，增进感情   各组应在规定时间前把活动准备情况向督导组报告，出现紧急情况要第一时报告。督导组也可以及时把活动的准备情