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申请/专利权人：中铁西北科学研究院有限公司;中铁二十一局集团有限公司;中铁八局集团第二工程有限公司;中铁科学研究院有限公司

摘要：本发明公开了一种适用于室内模型试验的铁路螺杆桩动力损伤变形判识方法，属于模型试验技术领域，利用自适应滤波去噪技术和小波包变换（WPT）理论建立铁路螺杆桩动力累积损伤评价方法。针对现有技术中铁路复合地基桩体的损伤变形研究多基于模型试验或数值分析中桩体的位移和变形监测，未能从桩体自身特征参数和桩体内部监测的物理量出发，基于动力模型试验数据，从桩体自身能量传递特性角度对螺杆桩的动力损伤变形进行识别。此外，通过LMS自适应滤波去除噪波信号，并通过B样条拟合算法对加速度数据进行基线校正，弥补了FIR滤波、最小二乘法拟合等传统信号处理方法的不足。

主权项：1.一种适用于室内模型试验的铁路螺杆桩动力损伤变形判识方法，其特征在于，该判识方法具体按以下步骤进行：步骤1：设计室内列车模拟振动试验模型中每根螺杆桩上加速度传感器的布设方案，按照同一截面桩段等间距布设加速度传感器的原则进行设计，并按照设计方案在试验模型的每根螺杆桩上布置加速度传感器；步骤2：按照试验要求填筑列车模拟振动试验模型，填筑完成后按照加载工况要求加载正弦波测试试验模型，通过各加速度传感器获取螺杆桩在正弦波作用下的加速度数据；加速度传感器粘贴于螺杆桩的桩身上，室内列车模拟振动试验模型还包括门框形的反力钢架和拼装式的模型箱，模型箱为正四棱柱，模型箱所有内壁上均贴敷有泡沫板；泡沫板的内壁上均贴敷有聚氯乙烯薄膜，形成薄膜层；薄膜层围成的空间内填充有土，形成土地基，土地基内设有多根螺杆桩，所有螺杆桩的顶面均与土地基顶面相平齐，土地基和所有螺杆桩构成桩-土地基模型；土地基上方铺设有厚度5-7cm的垫层；模型箱位于反力钢架中横梁的下方，横梁朝向模型箱的侧壁上安装有激振器，激振器与垫层之间设有承载板；土地基由从下往上包括细砂层和粉质粘土层，细砂层由细砂填筑而成，厚度65-75cm；粉质黏土层由粉质粘土填筑而成，厚度15-25cm；螺杆桩在土地基中形成三行和三列的矩阵，每行和每列均设有三根螺杆桩；位于矩阵中心的螺杆桩的轴线与模型箱的中轴线重合；步骤3：对获取的螺杆桩加速度数据进行处理1）滤波处理：通过自适应滤波器对步骤2）获取的原始加速度数据进行LMS自适应滤波处理；2）在MATLAB软件中编写B样条拟合算法，去除自适应滤波后加速度数据的基线漂移，即对1）中自适应滤波后加速度数据的基线校正，得基线校准后的加速度数据信号xt；3）根据2）中加速度数据信号xt的频谱特性、时域特性、光滑性特征初步选择符合要求的小波基，然后根据代价函数选择小波基的最优阶次和最优分解层次，代价函数为Shannon熵；即先计算初步选择的不同小波基、不同分解阶次下的Shannon熵值，再选择使得Shannon熵最小时的小波基和分解层次；4）将步骤2获取的原始加速度数据进行j层小波包分解WPT，得到2j个小波包系数 式中：i，j，k分别为调制、尺度和平移参数；为小波包函数；t为时间；5）将每个小波包系数进行重构，得到对应的基线校准后的加速度数据信号xt的小波包分量； 这样，步骤2获取的原始加速度数据信号xt分解为2j个小波包分量之和： 6）求小波包分解信号子频带能量占比：步骤2获取的原始加速度数据信号xt能量Ee定义为： 考虑到小波包函数的正交性得到： 对螺杆桩各测点的子频带能量进行归一化处理，定义第i个子频带能量沿结构体的分布为： 式中，M为测点数，Eni为结构体第n个测点的第i子频带能量；考虑噪波能量的影响，定义损伤前后螺杆桩的第i子频带能量比变化率△ERSi为： 式中：上标N代表静止状态，上标Y代表受载状态；7）考虑部分子频带无能量分布或占小，对振动信号能量特性影响小；因此选取子频带能量占比大于5%作为有效子频带特征值，从而根据螺杆桩有效子频带能量比变化率均方根值建立结构体易损性判别指标为ΔERMS： 式中：m为有效子频带数，ERS为m个子频带能量比变化率平均值；其中步骤4）～7）中上标i和下标i的含义一致。

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