一种检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统技术方案

本发明专利技术公开了一种检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统，包括：指标层，包括各构件的检测类指标和监测类指标并且计算各指标评分，其中：检测类指标根据桥梁养护规范采用百分制评价；监测类指标划分为动力响应监测指标，静态与准静态响应监测指标和模态频率监测指标，以天为单位进行观测期划分；构件层，包括主梁、桥墩、支座、基础、桥面系、附属设施6大类构件，根据指标层的输出计算构件的动态权重；目标层，用于计算梁式桥安全状态的综合评分。本发明专利技术融合了检测和监测指标，能够更为全面、准确地描述桥梁的安全状态；基于动态权重的综合评价结果能够反映出单一指标的变化，对指标异常具有良好的敏感性。异常具有良好的敏感性。异常具有良好的敏感性。

【技术实现步骤摘要】
一种检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统


[0001]本专利技术属于桥梁工程
，特别涉及一种检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统。

技术介绍

[0002]桥梁工程是经济发展和社会安全的生命线工程，然而桥梁面临设计缺陷、材料劣化、车辆超载、突发灾害等复杂因素的威胁，其性能退化及结构失效问题日趋严峻。尤其是，大量桥梁修建于上世纪80
‑
90年代，桥梁老龄化已成为交通运输行业的突出问题之一，给桥梁服役安全带来严重隐患，桥梁工程正由“大规模建设”向“大规模养护”转变，桥梁管养成为保障桥梁安全服役的重要手段。
[0003]当前，我国桥梁养护体系以人工定期巡检为主，桥梁运营状态的评价体系多以外观检测作为主要评价指标。然而，桥梁巡检存在难达部位多、人员风险高等问题，造成检测频次低、指标多以静态数据为主。此外，桥梁的外观缺损主要影响结构的耐久性能，其指标评价结果与大桥的受力状态缺乏较为直接的关联。相比之下，结构健康监测给桥梁运营状态评估提供了动态、实时、系统性的结构内力、变形观测结果。但是，当前技术条件下，结构健康监测仅能为桥梁提供模态参数、结构刚度等整体、宏观性指标的评价，无法捕捉结构的细微缺陷，也难以为耐久性评价提供有效数据。不仅如此，实际工程中健康监测与定期巡检的指标相互独立，两者的数据类型、观测频率等特征具有较大差异，致使现有的桥梁综合安全评估方法不够准确、全面。因此，亟需发展一种融合检测、监测内容的桥梁安装状态综合评估体系及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供用于梁式桥的监测和检测系统，解决检测和监测等多源指标的融合技术问题，提高桥梁管理和养护效率，避免隐患发生。
[0005]一种检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统，包括：
[0006]指标层，包括各构件的检测类指标和监测类指标并且计算各指标评分，其中：检测类指标根据桥梁养护规范采用百分制评价；监测类指标划分为动力响应监测指标，静态与准静态响应监测指标和模态频率监测指标，以天为单位进行观测期划分；
[0007]构件层，包括主梁、桥墩、支座、基础、桥面系、附属设施6大类构件，根据指标层的输出计算构件的动态权重；
[0008]目标层，用于计算梁式桥安全状态的综合评分。
[0009]进一步的，所述动力响应包括车辆、风荷载、地震和撞击高频作用引起的动位移和动应变，其频率范围在0.1Hz以上；静态与准静态响应包括温度、收缩徐变和沉降低频作用引起的静态位移和应变，其频率范围在0.1Hz以下。
[0010]进一步的，所述的动力响应监测指标，采用如下公式进行评价：
[0011][0012]式中，Q
Dyn
为动力响应监测指标的评分；DR
0.95
为一段观测期内动力响应峰值的0.95分位数；F为基于当前观测期以前的历史数据的动力响应峰值拟合的混合高斯分布，F
‑
1p
为对应于概率p的概率分布分位数。
[0013]进一步的，所述的静态与准静态响应监测指标，采用实测静态、准静态响应与动态基准值的偏差进行评价：
[0014][0015]式中，Q
Sta
为静态、准静态监测指标的评分；E
SR
＝SR
M
‑
SR
T
为实测静态与准静态响应SR
M
相对于基准值SR
T
的偏差，|E
SR
|
0.95
为一段观测期内偏差绝对值的0.95分位数；σ
E
为偏差历史观测值的标准差；
[0016]根据响应静态、准静态响应，环境温度以及环境温度梯度，采用多元回归方法建立静态与准静态响应的动态基准值，其计算方式如下：
[0017]SR
T
＝a0+a1T
a
+a2T
g
[0018]式中，T
a
为环境温度；T
g
为环境温度随时间的变化梯度，采用中心差分法计算；a0～a2为多项式系数。
[0019]进一步的，所述模态频率监测指标通过实测竖向振动基频与荷载试验或有限元分析所得的基频进行对比评价模态频率监测指标，具体形式如下：
[0020][0021]式中，Q
Freq
为模态频率指标的评分；f
1,m
为当前观测期内的实测竖向振动基频；f
1,b
为荷载试验或有限元分析确定的竖向振动基频。
[0022]进一步的，所述动态权重以层次分析法为基础，通过指标相对风险进行权重动态修正，保证目标层的综合安全评分对底层指标异常状态的敏感性：
[0023]w
q
＝c1w1+c2w2[0024]c1+c2＝1,c1≥0,c2≥0
[0025]式中，w
q
＝{w1,
…
,w
n
}
T
为综合权重；为层次分析法权重；为指标风险权重；c1和c2分别为层次分析法权重和指标风险权重的线性组合系数。
[0026]进一步的，所述的指标风险权重，采用下式定义：
[0027][0028]式中，为某一层次构件层的某构件下属的指标层的指标i的指标风险权重；S
ij
表示评价指标i关于j的相对风险；
[0029]评价指标i关于j的相对风险S
ij
由下式定义：
[0030]S
ij
＝R(Q
i
)/R(Q
j
)
[0031]式中，R(Q
i
)为指标i的风险度量。而风险度量是关于指标评分的函数，其形式如下：
[0032]R(Q)＝e
‑
αQ
(α＞0)
[0033]式中，α为可调节的系数，此处取0.2。
[0034]进一步的，所述的权重动态修正，其特征在于，根据博弈论方法计算两类权重的线性组合系数，具体过程如下：
[0035][0036][0037]本专利技术的有益效果为：
[0038](1)建立了兼顾监测和检测指标的梁式桥安全状态综合评估体系，解决两类指标相互独立、观测频率差异大等问题，能够更为全面、准确地评价梁式桥的安全状态；
[0039](2)使用了指标相对风险辅助权重分配，并通过博弈论方法将其与传统的层次分析法权重进行融合，实现权重分配的动态调整，促使梁式桥的综合安全评分能够反映单一指标的异常状况，表现出良好的敏感性。
附图说明
[0040]图1为本专利技术提出的梁式桥层次评估模型。
[0041]图2为监测数据动力响应与静态、准静态响应的分离(动位移)。
[0042]图3为动力响应的峰值响应捕捉结果。
[0043]图4为准静态响应的实测值与动态基准值。
具体实施方式
[0044]为使本领域的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统，其特征在于，包括：指标层，包括各构件的检测类指标和监测类指标并且计算各指标评分，其中：检测类指标根据桥梁养护规范采用百分制评价；监测类指标划分为动力响应监测指标，静态与准静态响应监测指标和模态频率监测指标，以天为单位进行观测期划分；构件层，包括主梁、桥墩、支座、基础、桥面系、附属设施6大类构件，根据指标层的输出计算构件的动态权重；目标层，用于计算梁式桥安全状态的综合评分。2.根据权利要求1所述的检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统，其特征在于，所述动力响应包括车辆、风荷载、地震和撞击高频作用引起的动位移和动应变，其频率范围在0.1Hz以上；静态与准静态响应包括温度、收缩徐变和沉降低频作用引起的静态位移和应变，其频率范围在0.1Hz以下。3.根据权利要求2所述的检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统，其特征在于，所述的动力响应监测指标，采用如下公式进行评价：式中，Q
Dyn
为动力响应监测指标的评分；DR
0.95
为一段观测期内动力响应峰值的0.95分位数；F为基于当前观测期以前的历史数据的动力响应峰值拟合的混合高斯分布，F
‑
1p
为对应于概率p的概率分布分位数。4.根据权利要求3所述的检监测指标融合的梁式桥安全状态判定系统，其特征在于，所述的静态与准静态响应监测指标，采用实测静态、准静态响应与动态基准值的偏差进行评价：
式中，Q
Sta
为静态、准静态监测指标的评分；E
SR
＝SR
M
‑
SR
T
为实测静态与准静态响应SR
M
相对于基准值SR
T
的偏差，|E
SR
|
0.95
为一段观测期内偏差绝对值的0.95分位数；σ
E
为偏差历史观测值的标准差；根据响应静态、准静态响应，环境温度以及环境温度梯度，采用多元回归方法建立静态与准静态响应的动态基准值，其计算方式如下：SR
T
＝a0+a1T
a
+a...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海龙，吴刚，朱金鹏，冯东明，罗鹏，廖聿宸，宿静，李洁，郭卫琦，侯士通，张凤云，黄思杰，李向男，葛滨，陈伟，梁立江，张斌波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：