基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法技术

基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，属于土木工程结构运营安全智能监测领域。以主梁结构密集测点的应变监测数据为基础，将适当长度的主梁区段及该区段关于桥梁纵桥向对称轴对称的区域划分为一个空间窗；构建所划分空间窗内分布式应变的空间相关模型，利用该模型的应变残差，计算该空间窗对应主梁区域的桥梁结构状态诊断因子；采用交叉诊断方法实现该空间窗对应桥梁结构对称区域的状态诊断；从桥梁端部开始不断滑动空间窗，使空间窗遍历主梁全域，实现主梁所有区域的结构状态诊断。本发明专利技术解决了利用分布式应变实现桥梁结构状态的有效诊断和损伤区域的识别问题。题。题。

Cross diagnosis method of bridge structure state based on strain sliding spatial correlation model

【技术实现步骤摘要】
基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法


[0001]本专利技术属于土木工程结构运营安全智能监测领域，特别涉及一种基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，我国桥梁的设计与建设水平不断提升，已经创造了多项世界第一，当前全世界前10座最大跨度的悬索桥中国即占据6座，这些建设成果标志着我国从桥梁第一大国逐步迈向了第一强国。然而，随着服役年限的上升，我国桥梁的运营状况也将面临严峻的局面，特别是以往基于无损探伤和人工视察为主的检测和评估手段已经远远不能满足桥梁结构运营安全的要求。因此，如何采用有效手段实现桥梁结构状态的诊断已经成为亟待解决的关键问题。
[0003]随着桥梁健康监测技术的日渐成熟，桥梁结构健康监测系统已经成为桥梁结构状态诊断的有力工具。但是，目前桥梁状态诊断方法几乎都是利用点式传感设备获取的有限监测信息，而仅利用几处关键断面的监测数据通常难以有效识别结构发生的潜在损伤，因此，如何利用先进监测技术准确诊断复杂环境下桥梁结构的状态亟需被进一步的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决目前的桥梁状态诊断方法难以有效识别结构发生的潜在损伤，提供一种基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，利用分布式应变监测数据实现桥梁结构状态的有效诊断，并对损伤区域进行识别。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：将分布式传感光纤布设在桥梁主梁上，获取主梁结构密集测点的应变监测数据，将适当长度的主梁区段及该区段关于桥梁纵桥向对称轴对称的区域划分为一个空间窗；
[0008]步骤二：构建步骤一所划分空间窗内分布式应变的空间相关模型，以该模型的应变残差为基础，计算该空间窗对应主梁区域的桥梁结构状态诊断因子；
[0009]步骤三：以步骤一所划分空间窗内对称区域的桥梁结构状态诊断因子为基础，采用交叉诊断方法实现该桥梁结构对称区域的状态诊断；
[0010]步骤四：从桥梁端部开始不断滑动空间窗，并重复步骤一～步骤三，最终使空间窗遍历主梁全域，实现主梁所有区域的结构状态诊断。
[0011]本专利技术相对于现有技术的有益效果是：首先，利用主梁结构密集测点的应变监测数据，将适当长度的主梁区段及该区段关于桥梁纵桥向对称轴对称的区域划分为一个空间窗；其次，构建所划分空间窗内分布式应变的空间相关模型，利用该模型的应变残差，计算该空间窗对应主梁区域的桥梁结构状态诊断因子；在此基础上，采用交叉诊断方法实现该
空间窗对应桥梁结构对称区域的状态诊断；最后，从桥梁端部开始不断滑动空间窗，使空间窗遍历主梁全域，实现主梁所有区域的结构状态诊断。与现有技术相比，解决了利用分布式应变实现桥梁结构状态的有效诊断和损伤区域的识别问题。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法的流程图。
[0013]图2为实施例中桥梁结构关键点示意图。
[0014]图3为实施例中桥梁结构有限元模型示意图。
[0015]图4为实施例中空间窗的大小和位置示意图。
[0016]图5为实施例中桥梁结构左侧区域B点处的诊断结果图。
[0017]图6为实施例中桥梁结构左侧区域C点处的诊断结果图。
[0018]图7为实施例中桥梁结构右侧区域B
′
点处的诊断结果图。
[0019]图8为实施例中桥梁结构右侧区域C
′
点处的诊断结果图。
[0020]图9为实施例中桥梁结构左侧区域的状态诊断结果汇总图。
[0021]图10为实施例中桥梁结构右侧区域的状态诊断结果汇总图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例和附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。
[0023]具体实施方式一：本实施方式记载的是基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
[0024]步骤一：将分布式传感光纤布设在桥梁主梁上，获取主梁结构密集测点的应变监测数据，将适当长度的主梁区段及该区段关于桥梁纵桥向对称轴对称的区域划分为一个空间窗；
[0025]步骤二：构建步骤一所划分空间窗内分布式应变的空间相关模型，以该模型的应变残差为基础，计算该空间窗对应主梁区域的桥梁结构状态诊断因子；
[0026]步骤三：以步骤一所划分空间窗内对称区域的桥梁结构状态诊断因子为基础，采用交叉诊断方法实现该桥梁结构对称区域的状态诊断；
[0027]步骤四：从桥梁端部开始不断滑动空间窗，并重复步骤一～步骤三，最终使空间窗遍历主梁全域，实现主梁所有区域的结构状态诊断。
[0028]具体实施方式二：具体实施方式一所述的基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，步骤一中，所述空间窗的划分方法为：
[0029](1)将靠近桥梁端部的空间窗边界称为外边界，远离桥梁端部的空间窗边界称为内边界；将空间窗内的两个相互对称的主梁区段分别称为左侧区域和右侧区域；如果空间窗还未开始滑动，则将外边界设置为桥梁端部；如果空间窗已经开始滑动，则将外边界设置为上一次空间窗所在位置的内边界；
[0030](2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，
[0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038]式中，C
r
为空间窗长度判别指标；为分布式应变空间相关模型参数；cov(
·
)为矩阵的协方差计算函数；为空间窗左侧区域第j个测点在i时刻的应变测量值；为i时刻空间窗右侧区域第j个测点的应变测量值；n为空间窗左侧区域的结构分布式应变测点总数；
[0039](3)C
r
最小时的内边界为最优内边界，由外边界和最优内边界完成该空间窗的划分。
[0040]具体实施方式三：具体实施方式一或二所述的基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，步骤二中，所述桥梁结构状态诊断因子的计算方法为：
[0041](1)按下式建立窗内分布式应变的空间相关模型，
[0042][0043][0044][0045]式中，为空间窗内结构分布式应变的估计值；为空间窗内结构分布式应变的估计值；
[0046](2)按下式计算窗内分布式应变空间相关模型的残差e
PU
和e
UP
，
[0047][0048][0049]和为中间变量，无具体含义；
[0050](3)将空间窗均匀划分为多个区域，各个区域的模型残差如下式所示，
[0051][0052][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：将分布式传感光纤布设在桥梁主梁上，获取主梁结构密集测点的应变监测数据，将适当长度的主梁区段及该区段关于桥梁纵桥向对称轴对称的区域划分为一个空间窗；步骤二：构建步骤一所划分空间窗内分布式应变的空间相关模型，以该模型的应变残差为基础，计算该空间窗对应主梁区域的桥梁结构状态诊断因子；步骤三：以步骤一所划分空间窗内对称区域的桥梁结构状态诊断因子为基础，采用交叉诊断方法实现该桥梁结构对称区域的状态诊断；步骤四：从桥梁端部开始不断滑动空间窗，并重复步骤一～步骤三，最终使空间窗遍历主梁全域，实现主梁所有区域的结构状态诊断。2.根据权利要求1所述的基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，其特征在于：步骤一中，所述空间窗的划分方法为：(1)将靠近桥梁端部的空间窗边界称为外边界，远离桥梁端部的空间窗边界称为内边界；将空间窗内的两个相互对称的主梁区段分别称为左侧区域和右侧区域；如果空间窗还未开始滑动，则将外边界设置为桥梁端部；如果空间窗已经开始滑动，则将外边界设置为上一次空间窗所在位置的内边界；(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，(2)按下式计算空间窗内边界所有可能位置对应的空间窗长度判别指标，式中，C
r
为空间窗长度判别指标；为分布式应变空间相关模型参数；cov(
·
)为矩阵的协方差计算函数；为空间窗左侧区域第j个测点在i时刻的应变测量值；为i时刻空间窗右侧区域第j个测点的应变测量值；n为空间窗左侧区域的结构分布式应变测点总数；(3)C
r
最小时的内边界为最优内边界，由外边界和最优内边界完成该空间窗的划分。3.根据权利要求1或2所述的基于应变滑动空间相关模型的桥梁结构状态交叉诊断方法，其特征在于，步骤二中，所述桥梁结构状态诊断因子的计算方法为：(1)按下式建立窗内分布式应变的空间相关模型，
式中，为空间窗内结构分布式应变的估计值；为空间窗内结构分布式应变的估计值；(2)按下式计算窗内分布式应变空间相关模型的残差e
PU
和e
UP
，，，和为中间变量，无具体含义；(3)将空间窗均匀划分为多个区域，各个区域的模型残差如下式所示，(3)将空间窗均匀划分为多个区域，各个区域的模型残差如下式所示，式中，为空间窗左侧区域第v个待诊断区域的应变残...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，常亮，闫啸坤，李元涛，程为，韩令奇，
申请(专利权)人：中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司国能运输技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：