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基于小波变换的钢桁梁桥损伤识别数值分析
基于小波变换的钢桁梁桥损伤识别数值分析
摘要：钢桁梁桥是一种重要的交通工程，在长期的使用中，其需要经常得到维护和保养。而在进行桥梁维护和保养的过程中，如何有效地识别桥梁零部件的损伤问题变得异常的重要。针对这一问题，本文采用小波变换技术进行桥梁损伤识别，通过实验验证，得到了较好的效果。
关键词：钢桁梁桥，小波变换，损伤识别
一、引言
现今，随着科技的进步，钢桁梁桥的类型和数量不断增加。然而，长期使用的钢桁梁桥，其劣化程度随着时间的推移而不断升高，给桥梁的承重能力、稳定性和安全性带来了很大的挑战。
针对这一问题，如何在维护和保养过程中，及时的发现钢桁梁桥的损伤问题，变得越来越需要重视。目前，常见的桥梁损伤识别方法主要有：人工巡检、基于模型的方法、传感器网络技术等。但是，这些方法都存在着人力成本高、准确度低等问题。近年来，小波变换技术作为一种新兴的信号分析方法，因其具有良好的时—频分析特性，已经成为了钢桁梁桥损伤识别中研究的新热点。
二、研究基础
小波变换是一种频域分析方法。它的主要思想是将信号分解成不同尺度下的频率分量，通过数据的重构，得到高分辨率和时间—频率定位能力的优良特性。小波变换在匹配滤波、音频、图像处理、股票预测等许多方面都有应用。在工程学领域，小波变换技术被广泛应用于信号处理、故障诊断和结构健康监测中。
三、研究目的
本研究主要针对小波变换技术如何应用于钢桁梁桥损伤识别进行深入的研究。通过对实验数据的分析，确定不同小波基函数下相应尺度的阈值作为桥梁损伤的识别标准，实现实时、高效地监测钢桁梁桥损伤问题。
四、实验设计
4.1实验环境
本试验采用Matlab和Simulink软件进行仿真实验。
4.2实验方法
本试验采用边彪的PPT小波基函数的N阶小波变换方法，对原始振弦数据进行小波分解，并采用Canny算子进行边缘检测。然后，通过设定不同的阈值，对所有分解后的小波信号进行阈值处理，得到损伤指数。
4.3实验步骤
1）构建钢桁梁桥的有限元模型，得到桥梁的振动响应特性；
2）利用振弦进行结构振动测试，采集振动数据；
3）通过小波分解将振动信号分解成多个小波尺度，得到桥梁结构各部位的小波系数；
4）采用Canny算子进行边缘检测，并根据边缘值大小设定不同的阈值进行小波系数的阈值化处理；
5）得到损伤指数，并根据阈值设定标准，实现损伤识别；
6）分析采集数据的结果，得到钢桁梁桥损伤的故障诊断。
五、实验结果分析
本试验中采用仿真数据对算法进行验证。在小波系数的阈值选取方面，实验分别使用了4种不同的小波基函数，如Db1小波、Coif1小波、Sym1小波和Bior1.1小波。实验结果表明，每种小波基函数下选取的尺度和阈值都可以对与钢桁梁桥损伤进行有效识别。
六、总结
针对钢桁棒桥的损伤识别问题，本研究采用小波变换技术进行了深入的研究，实现了有效的损伤识别方法的建立。实验结果表明，所提出的算法具有较好的实用性和可靠性。在后续的工程实践中，所研究的方法可以有效地应用于钢桁棒桥的实时监测与管理。同时，还有待进一步研究细化与推广运用。
参考文献：
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