一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法技术

本发明专利技术公开一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法，包括如下步骤：a、预制构件响应监测数据预处理；b、预制构件响应监测数据相关性分析模型；c、预制构件响应监测数据相关性系数短期预测，采用三次平滑指数方法对监测数据Pearson相关性系数进行短期预测；d、预制构件响应监测数据相关性系数短期预测误差；e、当Pearson相关性系数分析误差不能满足设定精度值时，重复步骤c、d，考虑更高次平滑指数，直到Pearson相关性系数分析误差满足设定值；本发明专利技术能揭示现役预制装配式桥梁各预制构件自身的材料劣化性能、揭示相邻两预制构件连接件服役性能退化状况；基于短期预测，制定有针对性的养管决策。有针对性的养管决策。有针对性的养管决策。

【技术实现步骤摘要】
一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法


[0001]本专利技术涉及装配式桥梁智能监测与运维领域，特别涉及一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法。

技术介绍

[0002]目前，桥梁结构监测由于受海量监测数据难以有效处理、同一运输线路不同桥梁服役性能变化复杂、桥位环境等因素影响，普遍存在着监测数据分析与桥梁结构养护管理脱节的现象，发生此类现象的原因主要在于以下两个方面：1、监测数据受监测传感器性能（如灵敏度、耐久性），监测系统动力与互联网、桥位环境等因素影响，监测数据超量程卡死、阶跃变换现象突出，使得监测数据周期性变差，研究人员多数情况下会主观选择部分周期性较好的样本数据展开分析。此外，监测数据传统分析方法，未能充分考虑不同传感器类型、不同测点监测数据的相关性和关联性；2、桥梁结构类型繁多，各不同类型由通常涉及多种不同结构型式，不同桥型服役性能差异显著且变化复杂，未能借助海量监测数据得到全面、更有针对性的分析和建模，如各运输险路最为广泛应用的预制装配式桥梁，常见的有装配式 T 型梁桥、装配式空心板桥、装配式箱梁桥等型式。此类桥梁受预制构件连接件影响显著，如装配式梁板桥上部结构受湿接缝影响，单梁（板）受力现象突出，亟需借助海量监测数据建立更有针对性的分析模型，有助于实现同一运输线路此类桥梁的集中统一管理，进一步降低安全风险。
[0003]因此，本专利技术考虑海量监测数据提出现役预制装配式桥梁各预制构件材料劣化分析模型和相邻两预制构件连接件服役性能退化模型，并实施短期预测十分必要。
专利技术内容
[0004]本专利技术目的是为解决监测数据传统分析方法未能充分考虑不同传感器类型、不同测点监测数据的相关性和关联性，以及无法实施大量现役预制装配式桥梁结构性能分析预测和统一管理决策的问题，提出一种基于监测数据的现役预制装配式桥梁结构性能分析预测方法，采用了监测数据相关性分析模型和短期预测，实现了预制构件结构真实服役状态分析，并基于短期预测，制定更有针对性的养管决策。
[0005]为达到上述目的所采取的技术方案是：一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法，包括如下步骤：a、监测数据预处理针对现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据，将现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移、微应变对应的试验值、理论设计值、极限值作为参考数值，通过监测数据与参考数值对比，当监测数据超过参考数值时，对结构安全性做出宏观判断，并将参考数值替换部分超量程卡死监测数据；即用试验值替换由于重型车辆快速通行、传感器灵敏度等因素导致的部分超量程卡死、阶跃变换监测数据，使监测数据更加平滑；
b、监测数据相关性分析模型针对现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据，分别绘制预制装配式桥梁结构各预制构件自身的位移响应或者微应变响应监测数据相关性散点分布图、计算Pearson相关性系数，绘制相邻预制构件的位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据相关性散点分布图，并计算Pearson相关性系数；c、监测数据相关性系数短期预测采用三次平滑指数方法（Holt
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Winters）对监测数据Pearson相关性系数进行短期预测；d、监测数据相关性系数短期预测误差考虑平均值误差（ME）、平均值绝对误差（MAPE）、平均百分比误差（MPE）、均方误差（MSE）、均方根误差（RMSE）评价指标，分析监测数据Pearson相关性系数预测精度；e、当Pearson相关性系数分析误差不能满足设定精度值时，重复步骤c、d，考虑更高次平滑指数，直到Pearson相关性系数分析误差满足设定精度值。
[0006]进一步， 所述步骤a中对初步预处理后的监测数据实施0—1正则化变换，使得不同监测项的数据值处于同一取值区间[0,1]，所述不同监测项包括不同单位、不同属性、不同取值范围；进一步，所述步骤c中三次平滑指数方法Holt
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Winters，首先对监测数据Pearson相关性系数实施周期性、随机性分解，然后实施数据过滤，最后是短期预测和对应的置信区间。
[0007]本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术为一种基于监测数据的现役预制装配式桥梁结构性能分析方法，通过分别绘制现役预制装配式桥梁结构各预制构件自身的位移响应或者微应变响应监测数据相关性散点分布图、计算和Pearson相关性系数，绘制预制装配式桥梁结构相邻预制构件的位移响应（微应变响应、温度）监测数据相关性散点分布图，并计算Pearson相关性系数；采用三次平滑指数方法（Holt
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Winters）对监测数据Pearson相关性系数进行短期预测，并借助误差分析和更高次平滑指数，使监测数据Pearson相关性系数分析达到设定精度；可以揭示预制构件自身的材料劣化性能、揭示相邻两预制构件连接件服役性能退化状况；有助于揭示结构真实服役状态，并基于短期预测，制定更有针对性的养管决策。
附图说明
[0008]图1是本专利技术的方法流程示意图；图2是某预制装配式梁板桥结构原始监测数据示意图；图3是图2中监测数据预处理效果示意图；图4是图2中监测数据相关性示意图；图5是图2中同一梁板5号梁位移和微应变Pearson相关系数的周期、非周期效应；图6是图2中同一梁板5号梁位移和微应变Pearson相关系数的验证、预测示意图；图7是图2中不同梁板3号梁和5号梁微应变Pearson相关系数的周期、非周期效应；图8是图2中不同梁板3号梁和5号梁微应变Pearson相关系数的短期预测示意图。
具体实施方式
[0009]下面结合附图对本专利技术进一步描述。
[0010]如图1所示，一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法，包括如下步骤：a、监测数据预处理针对现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据，将现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移、微应变对应的试验值、理论设计值、极限值作为参考数值，通过监测数据与参考数值对比，当监测数据超过参考数值时，对结构安全性做出宏观判断，并将参考数值替换部分超量程卡死监测数据；即用试验值替换由于重型车辆快速通行、传感器灵敏度等因素导致的部分超量程卡死、阶跃变换监测数据，使监测数据更加平滑；对初步预处理后的监测数据实施0—1正则化变换，使得不同监测项的数据值处于同一取值区间[0,1]，所述不同监测项包括不同单位、不同属性、不同取值范围；b、监测数据相关性分析模型针对现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据，分别绘制预制装配式桥梁结构各预制构件自身的位移响应或者微应变响应监测数据相关性散点分布图、计算Pearson相关性系数，绘制相邻预制构件的位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据相关性散点分布图，并计算Pearson相关性系数；c、监测数据相关性系数短期预测采用三次平滑指数方法（Holt
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Winters）对监测数据Pearson相关性系数进行短期预测；所述步骤c中三次平滑指数方法Holt
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于监测数据的预制装配式桥梁结构性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：针对现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据，将现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移、微应变对应的试验值、理论设计值、极限值作为参考数值，通过监测数据与参考数值对比，当监测数据超过参考数值时，对结构安全性做出宏观判断，并将参考数值替换部分超量程卡死监测数据；b、监测数据相关性分析模型针对现役预制装配式桥梁结构各预制构件位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据，分别绘制各预制构件自身的位移响应或者微应变响应监测数据相关性散点分布图、计算Pearson相关性系数，绘制相邻预制构件的位移响应、微应变响应、桥位温度监测数据相关性散点分布图，并计算Pearson相关性系数；c、监测数据相关性系数短期预测采用三次平滑指数方法（Holt
‑
Winters）对监测数据Pearson相关性系数进行短期预测；d、监测数据相关性系数短期预测误差考虑平均值误差（ME）、平...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳启文，周亚栋，薛晓锋，靳琳琳，孙艺利，刘忠强，郑德乾，丁永刚，陈桂香，贺拴海，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：