基于地震荷载监测的桥梁在线实时仿真计算系统，依据桥梁结构建立桥梁在线仿真分析模型，并依据桥梁健康监测中获得的桥梁结构响应对所述仿真分析模型进行修正、动态更新；通过三向地震仪获取由地震触发的桥梁实时监测加速度时程曲线数据，由实测地震动时程数据、人工输入数据以及台站数据做为输入荷载进行桥梁动力时程分析，掌握桥梁结构地震反应特性，对桥梁结构地震反应进行评估并判断是否发生损伤。所述桥梁在线仿真实时计算系统可以实现针对桥梁在地震荷载下的响应的在线分析计算，可以对桥梁结构响应进行实时分析、快速评估、直观展示，便于桥梁管理部门快速做出决策。便于桥梁管理部门快速做出决策。便于桥梁管理部门快速做出决策。
【技术实现步骤摘要】
基于地震荷载监测的桥梁在线实时仿真计算系统
[0001]本专利技术属于桥梁健康监测
，特别涉及一种基于地震监测数据的桥梁在线实时计算系统。
技术介绍
[0002]近年来，桥梁结构健康监测系统及平台成为跨江跨海跨峡谷、公路长大桥梁等重要桥梁保证安全耐久的重要监测手段。当桥梁运营状态发生异常导致监测数据出现异常时，监测系统可以及时给出警示，提醒桥梁管理部门。在桥梁运营过程中，监测系统积累了大量桥梁日常运营状态的监测数据，通过深入分析这些数据可以进一步深入掌握桥梁运营状态，为桥梁管理部门提供决策依据。
[0003]公路桥梁必须进行抗震设计，抗震设防烈度在
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度及以上需监测地震动。当桥梁遭受地震突发事件后，交通管理部门亟需掌握桥梁在经历地震后的安全状态。由于震后抢险工作争分夺秒，特别是大中震后，及时打通生命线工程开通救灾通路是应急指挥部门当务之急。常规地震动监测方式是由传感器第一时间捕捉地震波，监测系统回溯桥梁突发事件的全过程，通过计算分析评估桥梁震后的状态，为桥梁管理部门制定突发事件后的应对方案提供技术支持。常规监测系统震后利用监测数据进行线下分析评估，检查桥梁各部件监测数值是否超出阈值（设计值），然后进行建模计算评估桥梁承载能力、正常使用性能是否超限，经技术人员反复对比分析并由专家确认后出具地震应急响应报告。
[0004]目前桥梁监测系统处理地震此类突发事件问题是时效性不强，地震后需要由专业人员组织技术力量，进行数据提取、数据处理、建模分析计算，再由专家汇总对分析结果进行研判，这一系列过程耗时耗力，使决策滞后，不能与灾后抢险争分夺秒的状况相适应。开发一种地震高发区桥梁实时监测系统，根据监测实际地震烈度数据进行在线结构计算分析，出具桥梁快速评估报告为应急管理部门提供决策依据，是行业内亟需的。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于地震荷载监测的桥梁在线仿真实时计算系统，建立桥梁在线仿真分析模型，通过三向地震仪获取触发的桥梁实时监测加速度时程曲线数据，由实测地震动时程数据、人工输入数据以及台站数据做为输入荷载进行桥梁动力时程分析，掌握结构地震反应特性，对桥梁结构地震反应进行评估并判断是否发生损伤及损伤的程度。本专利技术的所述系统可以实现在线分析计算，可以对桥梁结构响应进行实时分析、快速评估、直观展示，便于桥梁管理部门做出决策。
[0006]本专利技术提供一种基于地震荷载监测的桥梁在线实时仿真计算系统，包括桥梁地震荷载监测模块、桥梁健康监测模块、云平台数据库、在线仿真计算模块、以及桥梁地震快速评估模块；其中，所述桥梁地震荷载监测模块用于实时采集桥梁地震荷载数据，并将数据传输到云平台数据库；
所述桥梁健康监测模块用于实时采集桥梁运营过程中的桥梁健康监测数据，包括桥梁载荷数据以及桥梁结构响应数据；所述云平台数据库用于存储地震波数据，包括现场记录的地震波数据、人工模拟的地震波数据、以及依据地震局台站记录信息选取的地震波数据；所述在线仿真计算模块用于建立桥梁有限元计算模型，依据桥梁健康监测数据对所述桥梁有限元计算模型进行修正，所述桥梁有限元计算模型实时更新；在所述云平台数据库中选择进行桥梁地震分析的所述地震波数据，作为所述桥梁有限元计算模型的荷载，根据计算规模申请云平台在线仿真资源，对桥梁结构进行有限元在线仿真计算，包括弹性时程分析及在线非线性时程分析，获得有限元在线仿真计算结果，并将所述有限元在线仿真计算结果传送至所述桥梁地震快速评估模块；所述桥梁地震快速评估模块用于根据所述有限元在线仿真计算结果对桥梁进行评估，并对评估结果进行展示。
[0007]进一步地，所述桥梁地震荷载监测模块包括三向加速度传感器、太阳能供电系统、数据采集仪、以及以太网交换机。
[0008]进一步地，所述桥梁地震荷载数据采集采用触发式采集机制，设置系统触发器作为控制开关，当地震动加速度时程数据超过预设的阈值则开始采样，采样时长不低于5分钟。
[0009]进一步地，所述云平台数据库包括现场记录数据存储模块、人工模拟数据存储模块、台站记录选取数据存储模块。
[0010]进一步地，所述现场记录数据存储模块用于存储现场记录的地震波数据：对所述桥梁地震荷载监测模块实时采集的所述桥梁地震荷载数据进行预处理，将所述桥梁地震荷载数据整理为供所述在线仿真计算模块直接使用的荷载形式。
[0011]进一步地，人工模拟数据存储模块用于存储人工模拟的地震波数据，所述人工模拟的地震波数据为基于规范人工模拟数据，基于设计反应谱筛选的地震波，并匹配合成设计加速度。
[0012]进一步地，所述台站记录选取数据存储模块用于存储依据地震局台站记录信息选取的地震波数据，包括具有相近场地类别台站记录中地震动特性值相近的地震波，以及桥梁所在地区以往实际历史地震波数据。
[0013]进一步地，所述在线仿真计算模块的在线仿真计算包括以下步骤：（1）依据桥梁的实际结构，建立桥梁有限元计算模型；（2）依据所述桥梁健康监测模块中采集的所述桥梁健康监测数据对所述桥梁有限元计算模型进行修正，所述桥梁有限元计算模型动态更新；（3）在所述云平台数据库中选择所述地震波数据作为所述桥梁有限元计算模型的荷载，根据计算规模申请云平台在线仿真资源，进行在线仿真计算；（4）将有限元在线仿真计算结果传送至所述桥梁地震快速评估模块中。
[0014]进一步地，所述桥梁地震快速评估模块对桥梁的评估包括：将所述有限元在线仿真计算结果与预先设置的阈值进行对比分析，或与桥梁结构的位移和/或应力设计值进行对比分析，确定是否超出所述阈值或所述设计值；对超标异常情况报警，并对可能出现的损伤进行快速判断及定位。
[0015]进一步地，如果所述有限元在线仿真计算结果表明桥梁结构处于弹性范围工作，初步判定桥梁结构震后通行能力，给出评估结论及相关建议；如果所述有限元在线仿真计算结果表明桥梁部分构件进入塑性阶段、结构变形较大、或结构受力体系发生较大变化，则辅以所述桥梁健康监测模块中获得的桥梁结构响应数据，以及加速度、模态分析识别参数与设计值进行比对分析，对桥梁强度和刚度演变情况做出评估，给出桥梁结构震后承载能力初步判定。
[0016]采用本专利技术的基于地震荷载监测的桥梁在线实时仿真计算系统，可以根据地震动加速度监测的桥梁场地三向加速度时程数据，在线分析得到地震动特性值：幅值、持续有效值、频谱特性等；与设置阈值、设计值（位移、应力）等进行对比分析，确定是否超出规范允许设计值，对超标异常情况进行报警，并对可能出现损伤进行快速判断及定位。
[0017]建立桥梁在线仿真分析模型，根据监测到实际加速度时程曲线，做动力时程分析，同时输入两个或三个方向分量为一组的多组地震动时程数据计算地震作用效应；采用非线性时程分析方法考虑支座摩擦、墩柱等构件进入弹塑性阶段及质量分布等，评估桥梁非线性地震反应。
附图说明
[0018]为了更完整地理解本专利技术，现在将参考结合附图的以下描述，其中：图1为本专利技术基于地震荷载监测的桥梁在线实时仿真计算系统结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于地震荷载监测的桥梁在线实时仿真计算系统，包括桥梁地震荷载监测模块、桥梁健康监测模块、云平台数据库、在线仿真计算模块、以及桥梁地震快速评估模块；其中，所述桥梁地震荷载监测模块用于实时采集桥梁地震荷载数据，并将所述桥梁地震荷载数据传输到所述云平台数据库；所述桥梁健康监测模块用于实时采集桥梁运营过程中的桥梁健康监测数据，包括桥梁载荷数据以及桥梁结构响应数据；所述云平台数据库用于存储地震波数据，包括现场记录的地震波数据、人工模拟的地震波数据、以及依据地震局台站记录信息选取的地震波数据；所述现场记录的地震波数据为经过预处理的所述桥梁地震荷载数据；所述在线仿真计算模块用于依据桥梁实际结构建立桥梁有限元计算模型，依据所述桥梁健康监测数据对所述桥梁有限元计算模型进行修正，所述桥梁有限元计算模型动态更新；在所述云平台数据库中选择进行桥梁地震分析的所述地震波数据，作为所述桥梁有限元计算模型的荷载，根据计算规模申请云平台在线仿真资源，对桥梁结构进行有限元在线仿真计算，包括弹性时程分析及在线非线性时程分析，获得有限元在线仿真计算结果，并将所述有限元在线仿真计算结果传送至所述桥梁地震快速评估模块；所述桥梁地震快速评估模块用于根据所述有限元在线仿真计算结果对桥梁进行评估，并对评估结果进行展示。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述桥梁地震荷载监测模块包括三向加速度传感器、太阳能供电系统、数据采集仪、以及以太网交换机。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述桥梁地震荷载数据采集采用触发式采集机制，设置系统触发器作为控制开关，当地震动加速度时程数据超过预设的阈值则开始采样，采样时长不低于5分钟。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云平台数据库包括现场记录数据存储模块、人...
【专利技术属性】
技术研发人员：田淑明，王仕珏，王长欣，吴连奎，赵洪斌，张兆磊，
申请(专利权)人：北京云庐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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