小波分析技術(shù)在橋梁樁基檢測中應(yīng)用

1、小波分析技術(shù)在橋梁樁基檢測中應(yīng)用前言隨著國民經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的迅速進(jìn)展，據(jù)了解中國現(xiàn)有橋梁中相當(dāng)一部分因?yàn)樵O(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，以及地震、洪水的影響，消失了不同程度的樁基破損、龜裂甚至斷樁等嚴(yán)峻問題，極大地影響了其正常使用，部分舊橋已經(jīng)處于危橋狀態(tài)。務(wù)必實(shí)行有效的檢測方法檢測成橋樁基，判定其傷害程度，以便為舊橋加固或拆除供應(yīng)決策依據(jù)，消退平安隱患，發(fā)明良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。PIT（Pile Integrity Tester）檢測基于低應(yīng)變反射波法理論，已在中國橋梁的樁基檢測中廣泛地應(yīng)用。但是對于成橋樁基檢測，因?yàn)槌信_和橋墩的影響，工程中常常消失對樁基檢測結(jié)果的誤判、漏判等，致使許多工程技術(shù)人員對該種

2、檢測方法的牢靠性提出質(zhì)疑。20世紀(jì)80年月后期進(jìn)展起來的小波分析具有多辨別率或多尺度分析特征和在時頻兩域中均可表征信號局部特征的能力。因此，它被譽(yù)為信號分析的數(shù)學(xué)顯微鏡。王靖濤論證了小波分析可以應(yīng)用到樁完整性檢測上的理論按照，并通過模型樁實(shí)驗(yàn)和大量工程樁檢測結(jié)果的小波分析，提出了樁完整性檢測的小波分析方法。本文借鑒某檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果，對汶川地震后具有承臺和橋墩的某成橋舉行小波分析，抉擇dbl0為小波基對PIT檢測的低應(yīng)變波舉行小波分解，判定樁身完整性，并對分解的第一層信號db1做Hilbert包絡(luò)和譜分析，對于成橋樁基缺陷和小裂紋的程度給出了量化指標(biāo)，用以迅速分析評估樁身傷害的程度。1、小波

3、變換理論傳統(tǒng)的信號分析是建立在傅里葉變換的基礎(chǔ)上，但是，傅里葉分析使用的是一種全局的變換，即要么徹低在時域，要么徹低在頻域，它無法表述信號的時頻局域性質(zhì)，而時頻局域性質(zhì)恰恰是非安穩(wěn)信號最根本和最關(guān)鍵的性質(zhì)。小波分析屬于時頻分析的一種。小波變換是一種信號的時光尺度（時光頻率）分析方法，它具有多辨別率分析的特點(diǎn)，而且在時頻兩域都具有表征信號局部特征的能力。即在低頻部分具有較高的頻率辨別率和較低的時光辨別率，在高頻部分具有較高的時光辨別率和較低的頻率辨別率，很適宜于探測正常信號中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象并展示其成分，所以被譽(yù)為分析信號的顯微鏡。1.1離散小波變換在實(shí)際運(yùn)用中，尤其是在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，繼續(xù)小波

4、務(wù)必加以離散化。這種變換主要體現(xiàn)在尺度和位移的離散化，使之轉(zhuǎn)化為離散小波變換，記為DWT。（1）尺度的離散化。目前通用的方法是對尺度舉行冪數(shù)級離散化，即取。（2）位移的離散化。通常對舉行勻稱離散取值，以掩蓋囫圇時光軸，為了防止信息的走失，要求采樣間隔滿意Nyquist采樣理論，采樣率大于等于該尺度下頻率的2倍，即取。Daubechies函數(shù)是由世界聞名的小波分析學(xué)者Inrid Daubechies構(gòu)造的小波函數(shù)，Daubechies系中的小波基記為dbN，N為序號，且N=1，2，10。除了dbl（即haar小波）外，其他小波沒有明確的表達(dá)式，但轉(zhuǎn)換函數(shù)h的平方模是很明確的。dbN函數(shù)是僅支撐標(biāo)

5、準(zhǔn)正交小波，它的消失使離散小波分析成為可能。在這里，給出dbl0小波的尺度函數(shù)、小波函數(shù)、分解濾波器和重構(gòu)濾波器的圖形。2、成橋樁完整性檢測的小波分析實(shí)例四川省某橋在汶川地震后發(fā)生了部分橋面垮塌，橋墩基本完好。相關(guān)單位要求在不破壞現(xiàn)有橋墩和承臺的前提下，對成橋樁基舉行檢測，以便為拆除或舉行舊橋加固供應(yīng)決策依據(jù)。某檢測機(jī)構(gòu)利用PDI公司的PITV型樁基完整性檢測儀的專用軟件對橋樁舉行檢測。把傳感器安裝在承臺上部緊貼橋墩的地方，錘擊點(diǎn)設(shè)置在橋墩另一側(cè)。此樁為鉆孔灌注樁，套有鋼筋籠，對應(yīng)樁長為22.55m，樁基截面面積17671.5cm2（即半徑為0.75m），波速4000 ms。記錄為IDPTE，

6、選出隨意一數(shù)值，舉行小波分析。導(dǎo)出數(shù)據(jù)到Matlab的小波工具箱，數(shù)據(jù)共205點(diǎn)，點(diǎn)之間的時光間隔為0.11628 ms，頻率為8600 Hz。圖3為小波樹圖，S為原始信號，ala4都為波分解出來的低頻信號，dld4為高頻信號，共將dbl0分4層，即四尺度分解。為四尺度分解圖：反射脈沖在前2個尺度上都比較顯著，在第3個尺度上已經(jīng)不太顯然，而在第4個尺度上出現(xiàn)。在原始信號S中，12點(diǎn)為第一個波形消失的地方，即承臺上表面。樁底位置時光：（T2一T1）=L12C，即T2=L12C+T1=22.5524000+120.116280.001=0.01267036s，即109點(diǎn)。在d1，分離在18、26、

7、40附近有高頻反射脈沖；在d2，只在26附近消失較高的反射脈沖；在d3中，只在26附近略顯高頻反射脈沖。按照波形特征，18點(diǎn)處的位置L2：L2=C（T2一T1）2=1.39536m判為可能縮頸，即承臺下表面（1.4m處）與樁接觸的地方；26點(diǎn)處的位置L2：L2=C（T2一T1）2=3.25584m判為3.3m處可能有裂縫；40點(diǎn)處的位置L2：L2=C（T2一T1）2=6.51168 m判為6.5 m處可能有夾泥（或離析）。3、樁的破損程度迅速分析推斷方法利用小波分析舉行尺度分解在上一節(jié)推斷了成樁可能存在缺陷的位置，但其破損程度尚未清晰，務(wù)必有量化的指標(biāo)舉行迅速評定。在這里，利用小波細(xì)節(jié)信號的H

8、ilbert包絡(luò)以及譜分析，得出d1細(xì)節(jié)信號Hilbert包絡(luò)后的功率譜（圖5），以及顯著區(qū)域包絡(luò)后功率譜的放大圖形。按照以往的處理閱歷，實(shí)測曲線淺部缺陷（O.2m）的判別，在O.3的樁，可判為類樁；結(jié)合其他方法判別，在O.3的樁可將之判為類樁。對于深部缺陷（O.2 m）的判別，可按照上述結(jié)果舉行推論。假設(shè)樁身及樁周土等阻尼變化，彈性波在樁身傳揚(yáng)過程中，能量損耗勻稱。，即按照比值判為類樁；O.3判為類樁。4、結(jié)論在具有橋墩和承臺的樁基檢測中，對于缺陷方位的精確判定和小裂紋的識別顯示出了小波分析的獨(dú)特功能。利用小波細(xì)節(jié)信號的Hilbert包絡(luò)以及譜分析對于缺陷和小裂紋的程度給出了量化指標(biāo)。形成了PIT檢測和Matlab小波工具箱分析小波細(xì)節(jié)信號的Hilbert包絡(luò)以