一种桥梁损伤分析方法、分析报警系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种桥梁损伤分析方法、分析报警系统及装置，通过引入近场动力学构建桥梁模型进行仿真，能够对桥梁的整体或局部损伤状态进行模拟，通过求解多个时间步的桥梁损伤，实现对桥梁健康状态的评估和预警。在引入进场动力学分析之前，先采用预设桥梁损伤识别分类模型判断待分析桥梁是否损伤，只在有损伤的条件下做进一步的损伤分析，能够极大减小工作量。所述分析报警系统通过桥梁分析模块对待分析桥梁做损伤模拟和分析，并通过显示器模块进行可视化展示。通过设置多种报警模块，能够实现对桥梁传感器数据的常规报警、机器学习报警、近场动力学分析下的报警以及寿命预测。近场动力学分析下的报警以及寿命预测。近场动力学分析下的报警以及寿命预测。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁损伤分析方法、分析报警系统及装置


[0001]本专利技术涉及桥梁损伤评估
，尤其涉及一种桥梁损伤分析方法、分析报警系统及装置。

技术介绍

[0002]截至2020年12月，中国桥梁总数已经超过百万座，其中，公路桥梁总数已经达到87.83万座，特大桥5716座，大桥108344座。随着中国桥梁数量的急剧增长和部分桥梁的桥龄逐渐增加，桥梁的健康与安全问题也日益引起关注。如果对桥梁安全问题不能进行及时快速的反映和处理，就会存在重大安全隐患，甚至造成重大的生命和经济财产损失。
[0003]在线检监测损伤分析技术是保障桥梁安全运营的关键，通过现场检测和在线监测获取桥梁结构的损伤状况与动力特征，从而分析桥梁的实际承载情况。桥梁在线检测采取科学的方法和技术对桥梁运营状态进行局部测试及整体评估，监测通过对桥梁结构状况的监控与评估为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。
[0004]近年来，随着传感、通信和储存等技术的飞速发展，桥梁监测中数据获取能力得到极大的提升，然而，在采集到这些数据之后，数据却并没有得到很好的利用和开发，仍然停留在对数据用机器学习进行简单损伤判断和分类的阶段。在结构安全评估方面，通过分析桥梁构件从而进行全桥状态评估的能力发展迟缓，预警能力有待提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种桥梁损伤分析方法、分析报警系统及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有技术对桥梁损伤特性进行分析的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供一种桥梁损伤分析方法，包括：
[0008]采用预设桥梁损伤识别分类模型判断待分析桥梁是否损伤，在存在损伤的情况下，获取所述待分析桥梁上多个传感器采集的位置信息和加速度信息，各传感器均匀分布在所述待分析桥梁上；
[0009]设置点单元边长、固定约束区域、工况加载区域、材料分布区域，构建所述待分析桥梁的整体或局部模型；
[0010]引入材料参数、载荷参数、求解参数、各传感器采集的位置信息和加速度信息，针对所述待分析桥梁构建近场动力学运动方程，对所述待分析桥梁的损伤进行求解，并动态存储各时间步的求解结果作为桥梁损伤分析结果；
[0011]其中，所述材料参数包括弹性模量、密度、泊松比和拉伸临界伸长率；所述载荷参数包括载荷的力和速度；所述求解参数包括时间步长、近场区域半径与点单元边长比值，以及限定求解结束条件的限定时间步、限定位移或裂纹止裂条件；所述求解结果包括点单元位移、点单元损伤、变形能密度以及能量释放速率。
[0012]在一些实施例中，所述预设桥梁损伤识别分类模型是对预设分类模型进行预训练
得到的，包括：
[0013]获取样本训练集，所述样本训练集包含多个样本数据，每个样本数据包含样本桥梁上均匀分布的第一设定数量个传感器采集的样本加速度信号以及桥梁主体状态信息，所述桥梁主体状态信息包括结构损坏和结构未损坏两类，将每条样本数据对应的桥梁主体状态信息作为标签；
[0014]以所述样本加速度信号作为输入，所述标签作为输出，采用所述训练样本集对所述预设分类模型进行训练，得到所述桥梁损伤识别分类模型；所述预设分类模型为支持向量机、决策树、全连接神经网络、长短期记忆神经网络或自组织映射算法网络。
[0015]在一些实施例中，采用预设桥梁损伤识别分类模型判断待分析桥梁是否损伤，包括：
[0016]获取所述待分析桥梁上均匀分布的第一设定数量个传感器采集的待分析加速度信号；
[0017]将各待分析加速度信号输入所述桥梁损伤识别分类模型，得到损伤识别结果。
[0018]在一些实施例中，所述方法还包括：根据各时间步的求解结果，对所述待分析桥梁的寿命进行预测。
[0019]在一些实施例中，针对所述待分析桥梁构建近场动力学运动方程，对所述待分析桥梁的损伤进行求解，并动态存储各时间步的求解结果作为桥梁损伤分析结果，包括：
[0020]针对所述待分析桥梁的局部模型，在近场区域内，构建运动方程：
[0021][0022]其中，ρ为点单元i的物质密度，V
j
为点单元j的体积，x
i
为点单元i的位置，x
j
为点单元j的位置，u(x
i
，t)为点单元i的位移，u(x
j
，t)为点单元j的位移；f(η,ξ)为点单元i与点单元j之间的本构力，b(x
i
，t)为点单元i所受到的外力密度；ξ表示点单元i与点单元j的相对位置，η表示点单元i与点单元j的相对位移；ξ＝x
i
‑
x
j
，η＝u(x
j
，t)
‑
u(x
i
，t)；
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]式中，c为微模量常数，E为弹性模量、v为泊松比、s为键的伸长量、s0为键的临界伸长量，μ为对键是否断裂的标记量；G0表示材料的断裂能，δ表示所述近场区域R的半径；
[0029]对于点单元i，其损伤通过评价所述近场区域内键的断裂情况表示，损伤D表示为：
[0030][0031]式中，R表示所述近场区域，μ为对键是否断裂的标记量，键正常时μ值为1，键断裂时μ值为0；dV
j
表示点单元j的体积积分量；
[0032]对于点单元i，由于近场区域变形产生的总能量表示为：
[0033][0034]式中，w表示点单元i与点单元j之间键的能量，R表示所述近场区域，dV
j
表示点单元j的体积积分量；c为微模量常数，s为键的伸长量，ξ表示点单元i与点单元j的相对位置；
[0035]记录近场区域内各点单元的所述点单元位移和所述点单元损伤，并根据各点单元的总能量计算所述变形能密度以及所述能量释放速率。
[0036]在一些实施例中，对所述待分析桥梁的损伤进行求解的时间步步长为Δt，且
[0037][0038]式中，k为材料体积模量，ρ为材料密度，β
safe
为安全因子，一般取0.8。
[0039]在一些实施例中，所述方法对所述待分析桥梁的局部模型进行离散化建模，则在近场区域内，构建的所述运动方程可以简化为求和形式：
[0040][0041]其中，ρ为点单元i的物质密度，V
j
为点单元j的体积，x
i
为点单元i的位置，x
j
为点单元j的位置，u(x
i
，t)为点单元i的位移，u(x
j
，t)为点单元j的位移；函数f(
·
)为点单元i与点单元j之间的本构力，b(x
i
，t)为点单元i所受到的外力密度；n为时间步数，M为所述近场区域内的点单元数量；
[0042]所述近场区域内点单元j的体积表示为：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁损伤分析方法，其特征在于，包括：采用预设桥梁损伤识别分类模型判断待分析桥梁是否损伤，在存在损伤的情况下，获取所述待分析桥梁上多个传感器采集的位置信息和加速度信息，各传感器均匀分布在所述待分析桥梁上；设置点单元边长、固定约束区域、工况加载区域、材料分布区域，构建所述待分析桥梁的整体或局部模型；引入材料参数、载荷参数、求解参数、各传感器采集的位置信息和加速度信息，针对所述待分析桥梁构建近场动力学运动方程，对所述待分析桥梁的损伤进行求解，并动态存储各时间步的求解结果作为桥梁损伤分析结果；其中，所述材料参数包括弹性模量、密度、泊松比和拉伸临界伸长率；所述载荷参数包括载荷的力和速度；所述求解参数包括时间步长、近场区域半径与点单元边长比值，以及限定求解结束条件的限定时间步、限定位移或裂纹止裂条件；所述求解结果包括点单元位移、点单元损伤、变形能密度以及能量释放速率。2.根据权利要求1所述的桥梁损伤分析方法，其特征在于，所述预设桥梁损伤识别分类模型是对预设分类模型进行预训练得到的，包括：获取样本训练集，所述样本训练集包含多个样本数据，每个样本数据包含样本桥梁上均匀分布的第一设定数量个传感器采集的样本加速度信号以及桥梁主体状态信息，所述桥梁主体状态信息包括结构损坏和结构未损坏两类，将每条样本数据对应的桥梁主体状态信息作为标签；以所述样本加速度信号作为输入，所述标签作为输出，采用所述训练样本集对所述预设分类模型进行训练，得到所述桥梁损伤识别分类模型；所述预设分类模型为支持向量机、决策树、全连接神经网络、长短期记忆神经网络或自组织映射算法网络。3.根据权利要求2所述的桥梁损伤分析方法，其特征在于，采用预设桥梁损伤识别分类模型判断待分析桥梁是否损伤，包括：获取所述待分析桥梁上均匀分布的第一设定数量个传感器采集的待分析加速度信号；将各待分析加速度信号输入所述桥梁损伤识别分类模型，得到损伤识别结果。4.根据权利要求1所述的桥梁损伤分析方法，其特征在于，所述方法还包括：根据各时间步的求解结果，对所述待分析桥梁的寿命进行预测。5.根据权利要求1所述的桥梁损伤分析方法，其特征在于，针对所述待分析桥梁构建近场动力学运动方程，对所述待分析桥梁的损伤进行求解，并动态存储各时间步的求解结果作为桥梁损伤分析结果，包括：针对所述待分析桥梁的局部模型，在近场区域内，构建运动方程：其中，ρ为点单元i的物质密度，V
j
为点单元j的体积，x
i
为点单元i的位置，x
j
为点单元j的位置，u(x
i
，t)为点单元i的位移，u(x
j
，t)为点单元j的位移；f(η,ξ)为点单元i与点单元j之间的本构力，b(x
i
，t)为点单元i所受到的外力密度；ξ表示点单元i与点单元j的相对位置，η表示点单元i与点单元j的相对位移；ξ＝x
i
‑
x
j
，η＝u(x
j
，t)
‑
u(x
i
，t)；
式中，c为微模量常数，E为弹性模量、v为泊松比、s为键的伸长量、s0为键的临界伸长量，μ为对键是否断裂的标记量；G0表示材料的断裂能，δ表示所述近场区域R的半径；对于点单元i，其损伤通过评价所述近场区域内键的断裂情况表示，损伤D表示为：式中，R表示所述近场区域，μ为对键是否断裂的标记量，键正常时μ值为1，键断裂时μ值为0；dV
j
表示点单元j的体积积分量；对于点单元i，由于近场区域变形产生的总能量表示为：式中，w表示点单元i与点单元j之间键的能量，R表示所述近场区域，d...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱松荣，徐峥匀，冉秀，谭灿，周吉，张健，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：