一种桥梁随机荷载试验安全评估方法、系统及可存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种桥梁随机荷载试验安全评估方法、系统及可存储介质，涉及桥梁工程技术领域，包括：通过桥面车流荷载与结构监测响应的时空匹配，构建桥梁随机荷载试验，并进一步从中获取有效的随机荷载试验；根据随机荷载试验工况计算多个不同的评估指标，并确定多个评估指标将桥梁安全状态划分为不同的取值区间；根据多个评估指标在随机荷载试验工况下的计算结果，分别对桥梁安全状态形成相应的评估结论；采用基于D

A safety evaluation method, system and storage medium for bridge random load test

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁随机荷载试验安全评估方法、系统及可存储介质


[0001]本专利技术涉及桥梁工程
，更具体的说是涉及一种桥梁随机荷载试验安全评估方法、系统及可存储介质。

技术介绍

[0002]现如今，具有安全隐患的公路桥梁逐渐成为交通运输网络中的致命缺陷，对在役桥梁进行及时而准确的状态评估是非常基础而迫切的需求。目前，荷载试验和结构健康监测是桥梁状态评估的两种主要手段。
[0003]荷载试验测试桥梁结构在“确定输入(规范汽车荷载)”作用下的“输出特性(控制部位力学响应)”，被普遍认为是桥梁状态及承载能力评估的最直接最有效手段。然而，荷载试验要求封闭交通，采用特定类型和数量的货车，设计专门加载方案，临时布设传感系统采集桥梁响应。一方面耗费较大的人力物力成本，实施频率较低，难以及时掌握桥梁状态的演变；另一方面封闭交通会带来非常不利的经济社会影响，在高速公路“一张网”的运营背景下应用起来愈加困难重重。
[0004]结构健康监测是不封闭交通条件下进行桥梁状态评估的主要手段，相关领域也已经取得了丰富的研究成果。然而，健康监测系统的传感器数量及类型众多使得监测数据非常庞杂，采集系统受环境干扰导致监测数据包含很多噪声，从这些海量数据中挖掘有用信息进行桥梁评估具有很大挑战。同时，传感器相对于桥梁而言寿命比较短，监测数据的接续困难，使得目前基于监测响应的分析方法难以准确评估桥梁状态。此外，健康监测系统高昂的建设与维护成本，使得大部分桥梁难以装备或者长时间支撑该系统的使用。这些原因使得健康监测系统在工程应用中饱受争议。/>[0005]桥梁每时每刻都在经历运营车流的检验，运营车流作用中蕴涵丰富的荷载试验信息，在当前运营车流作用下，桥梁汽车荷载响应已经达到甚至超过了设计预期值(特大桥除外)，这为不封闭交通条件下直接利用运营车流开展桥梁荷载试验与状态评估提供了契机。
[0006]因此，如何在不封闭交通的条件下直接利用运营车流对桥梁进行荷载试验检测与安全评估，克服传统荷载试验需要封闭交通、实施频率低、经济成本高等不足是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种桥梁随机荷载试验安全评估方法、系统及可存储介质，能够在不封闭交通条件下直接利用运营车流对桥梁进行荷载试验检测与安全评估，随机荷载试验可以较经济地覆盖应用于路网所有桥梁结构，具有应用范围广、方法简便明确、经济成本低等优势。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种桥梁随机荷载试验安全评估方法，包括以下步骤：
[0010]通过桥面车流荷载与结构监测响应的时空匹配，构建桥梁随机荷载试验；
[0011]基于荷载试验效率门槛值，获取有效的随机荷载试验；
[0012]根据随机荷载试验工况计算多个不同的评估指标，并确定多个评估指标将桥梁安全状态划分为多个不同的取值区间；
[0013]根据多个评估指标在随机荷载试验工况下的计算结果，分别对桥梁安全状态形成相应的初步评估结论；
[0014]采用基于D
‑
S证据理论的决策融合方法，将多个初步评估结论进行融合，形成桥梁安全状态的最终评估分级。
[0015]以上技术方案达到的技术效果为：可以在不封闭交通的条件下直接利用运营车流开展桥梁荷载试验检测与评估，即随机荷载试验方法。
[0016]可选的，所述构建桥梁随机荷载试验，具体包括以下步骤：
[0017]通过结构健康监测系统获得包括位移和应变在内的监测响应，将所述监测响应进行信号滤波，得到监测静态汽车荷载效应；
[0018]通过摄像视频识别或随机车流模拟的方式再现桥面车流荷载，将所述桥面车流荷载加载到桥梁应变及位移影响面上，得到计算静态汽车荷载效应；
[0019]对桥面车流荷载与结构监测响应进行时空匹配，以使所述监测静态汽车荷载效应与计算静态汽车荷载效应在时程规律上一致。
[0020]以上技术方案达到的技术效果为：有效地挖掘了车流荷载输入与监测响应输出的关系，克服了健康监测系统因传感器寿命短使得数据接续难、从监测响应挖掘有用信息对算法要求高等应用难题。
[0021]可选的，所述获取有效的随机荷载试验，具体包括以下步骤：
[0022]设定荷载试验效率门槛值为η
m
，通过公式η＝L
s
/[L(1+μ)]计算荷载试验效率；
[0023]将荷载试验效率满足η≥η
m
的桥梁随机荷载试验视为有效的随机荷载试验；
[0024]式中，L
s
表示计算静态汽车荷载效应，L为桥梁设计规范汽车荷载模型计算的桥梁静态汽车荷载效应，μ为桥梁设计规范计算的汽车荷载冲击系数。
[0025]可选的，所述评估指标包括残余应变变异系数、残余位移变异系数、应变校验系数、位移校验系数、实测与理论的线性相关性系数、评级系数，则多个评估指标的计算方法分别为：
[0026]基于无车状态应变时程响应的变异系数统计值确定所述残余应变变异系数；
[0027]基于无车状态位移时程响应的变异系数统计值确定所述残余位移变异系数；
[0028]所述应变校验系数为实测弹性应变值与理论计算应变值的比值；其中，实测弹性应变值为实测应变最大值与卸载状态实测应变值的差值，实测应变最大值和卸载状态实测应变值通过所述监测静态汽车荷载效应时程确定，所述卸载状态实测应变值为桥面无车情况下所有采集信号的统计均值；
[0029]所述位移校验系数为实测弹性位移值与理论计算位移值的比值；其中，实测弹性位移值为实测位移最大值与卸载状态实测位移值的差值，实测位移最大值和卸载状态实测位移值通过所述监测静态汽车荷载效应时程确定，所述卸载状态实测位移值为桥面无车情况下所有采集信号的统计均值；
[0030]获取实测弹性应变值/实测弹性位移值与理论计算应变值/理论计算位移值的皮尔逊相关系数，将两者的绝对最大值作为所述实测与理论的线性相关性系数；
[0031]通过公式RF＝(C
‑
r
D
×
D)/[η
×
(1+μ)
×
r
L
×
L]计算所述评级系数；式中，r
D
和r
L
分别为桥梁设计规范定义的恒载和汽车荷载分项系数，C和D分别为按照桥梁设计规范计算的结构抗力和恒载效应。
[0032]可选的，所述对桥梁安全状态形成相应的初步评估结论，具体包括以下步骤：
[0033]基于取值区间分别将桥梁安全状态划分为完好、较好、中等损伤、严重损伤和危险，其中j＝1、2
…
n，分别表示包括残余应变变异系数、残余位移变异系数、应变校验系数、位移校验系数、实测与理论的线性相关性系数、评级系数在内的评估指标；
[0034]获取多个评估指标在随机荷载试验工况下的计算结果T
j
，通过对比T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁随机荷载试验安全评估方法，其特征在于，包括以下步骤：通过桥面车流荷载与结构监测响应的时空匹配，构建桥梁随机荷载试验；基于荷载试验效率门槛值，获取有效的随机荷载试验；根据随机荷载试验工况计算多个不同的评估指标，并确定多个评估指标将桥梁安全状态划分为多个不同的取值区间；根据多个评估指标在随机荷载试验工况下的计算结果，分别对桥梁安全状态形成相应的初步评估结论；采用基于D
‑
S证据理论的决策融合方法，将多个初步评估结论进行融合，形成桥梁安全状态的最终评估分级。2.根据权利要求1所述的一种桥梁随机荷载试验安全评估方法，其特征在于，所述构建桥梁随机荷载试验，具体包括以下步骤：通过结构健康监测系统获得包括位移和应变在内的监测响应，将所述监测响应进行信号滤波，得到监测静态汽车荷载效应；通过摄像视频识别或随机车流模拟的方式再现桥面车流荷载，将所述桥面车流荷载加载到桥梁应变及位移影响面上，得到计算静态汽车荷载效应；对桥面车流荷载与结构监测响应进行时空匹配，以使所述监测静态汽车荷载效应与计算静态汽车荷载效应在时程规律上一致。3.根据权利要求2所述的一种桥梁随机荷载试验安全评估方法，其特征在于，所述获取有效的随机荷载试验，具体包括以下步骤：设定荷载试验效率门槛值为η
m
，通过公式η＝L
s
/[L(1+μ)]计算荷载试验效率；将荷载试验效率满足η≥η
m
的桥梁随机荷载试验视为有效的随机荷载试验；式中，L
s
表示计算静态汽车荷载效应，L为桥梁设计规范汽车荷载模型计算的桥梁静态汽车荷载效应，μ为桥梁设计规范计算的汽车荷载冲击系数。4.根据权利要求3所述的一种桥梁随机荷载试验安全评估方法，其特征在于，所述评估指标包括残余应变变异系数、残余位移变异系数、应变校验系数、位移校验系数、实测与理论的线性相关性系数、评级系数，则多个评估指标的计算方法分别为：基于无车状态应变时程响应的变异系数统计值确定所述残余应变变异系数；基于无车状态位移时程响应的变异系数统计值确定所述残余位移变异系数；所述应变校验系数为实测弹性应变值与理论计算应变值的比值；其中，实测弹性应变值为实测应变最大值与卸载状态实测应变值的差值，实测应变最大值和卸载状态实测应变值通过所述监测静态汽车荷载效应时程确定，所述卸载状态实测应变值为桥面无车情况下所有采集信号的统计均值；所述位移校验系数为实测弹性位移值与理论计算位移值的比值；其中，实测弹性位移值为实测位移最大值与卸载状态实测位移值的差值，实测位移最大值和卸载状态实测位移值通过所述监测静态汽车荷载效应时程确定，所述卸载状态实测位移值为桥面无车情况下所有采集信号的统计均值；获取实测弹性应变值/实测弹性位移值与理论计算应变值/理论计算位移值的皮尔逊相关系数，将两者的绝对最大值作为所述实测与理论的线性相关性系数；通过公式RF＝(C
‑
r
D
×
D)/[η
×
(1+μ)
×
r
L
×
L]计算所述评级系数；式中，r
D
和r
L
分别为桥
梁设计规范定义的恒载和汽车荷载分项系数，C和D分别为按照桥梁设计规范计算的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军勇，张俊平，吴文荣，黄海云，谭泽寅，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：