一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法技术

本发明专利技术涉及斜拉桥结构健康监测技术领域，具体涉及一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法，包括：建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型；获取各桥梁结构的实测温度数据；根据各实测温度数据和各有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型。通过先建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型，再根据各实测温度数据和各有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型。这样，通过斜拉桥温度场数字模型可以反映桥梁结构体系的全场特性，得到温度对斜拉桥的桥梁体系的影响，以及温度与各桥梁结构之间的关联性，从而能够准确地对斜拉桥进行损伤识别和安全评估，进而实现对斜拉桥的健康监测，提高斜拉桥运营的安全性。拉桥运营的安全性。拉桥运营的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法


[0001]本专利技术涉及斜拉桥结构健康监测
，具体涉及一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法。

技术介绍

[0002]近年来由于交通量显著上升，由车辆和外部异常环境引起的超载问题日渐突出，加之原有设计考虑不周、施工工艺缺陷、运营维护不当以及材料性能劣化等原因，大量既有桥梁处于“带病工作”状态，存在严重的安全隐患，各类桥梁倒塌事故屡有所闻。其中，斜拉桥作为交通运输的控制性工程，保障其安全运营更是对区域经济发展和人民生命财产安全具有十分重要的现实意义。
[0003]“梁
‑
塔
‑
索”是斜拉桥结构的核心承载体系，其对于环境温度的变化极为敏感，通过对桥梁结构体系的温度场进行精细化反演可以更好地监测斜拉桥的健康状态。传统方法是在斜拉桥的有限个测点通过传感器监测温度数据，然后根据温度数据对斜拉桥的桥梁体系的温度场进行评估。但是，这样的方式难以反映桥梁结构体系的全场特性。同时，由于部分传感器损坏、全体监测数据长时间缺失、渐进式漂移、超量程等复杂情况，难以还原真实样本数据，以及因数据在时间上不连续性与空间测点的有限性，无法准确地建立温度与桥梁响应之间的关联性模型，进而无法准确的实现损伤识别与安全评估。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法，提高斜拉桥运营的安全性。
[0005]本专利技术采用的技术方案是，一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法。
[0006]在第一种可实现方式中，一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法，包括：
[0007]建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型；
[0008]获取各桥梁结构的实测温度数据；
[0009]根据各实测温度数据和各有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型。
[0010]结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，桥梁结构包括主梁、桥塔和斜拉索，建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型，包括：
[0011]利用建筑信息模型软件分别建立各桥梁结构的BIM三维空间物理模型；
[0012]根据各桥梁结构的BIM三维空间物理模型建立各桥梁结构的有限元精细化三维空间模型。
[0013]结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，利用建筑信息模型软件分别建立各桥梁结构的BIM三维空间物理模型，包括：
[0014]采用建筑信息模型软件，根据各桥梁结构的设计参数构建各桥梁结构的BIM三维空间物理模型；设计参数包括几何尺寸和材料特性。
[0015]结合第二种可实现方式，在第四种可实现方式中，根据各桥梁结构的BIM三维空间物理模型建立各桥梁结构的有限元精细化三维空间模型，包括：
[0016]根据桥梁结构的结构参数和外部环境参数进行有限元分析，获取桥梁结构的模拟温度和模拟结构响应参数；
[0017]将模拟温度和模拟结构响应参数标记到各BIM三维空间物理模型中，获得各BIM有限元精细化三维空间模型。
[0018]结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，获取各桥梁结构的实测温度数据，包括：
[0019]根据桥梁健康监测系统分别获取主梁跨中截面的第一实测温度数据、桥塔各朝向面的第二实测温度数据；
[0020]将第一实测温度数据和第二实测温度数据的平均值作为斜拉索的第三实测温度数据。
[0021]结合第五种可实现方式，在第六种可实现方式中，根据各实测温度数据和各有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型，包括：
[0022]将第一实测温度数据与主梁有限元精细化三维空间模型进行融合，获得主梁温度三维空间融合模型；
[0023]将第二实测温度数据与桥塔有限元精细化三维空间模型进行融合，获得桥塔温度三维空间融合模型；
[0024]将第三实测温度数据与斜拉索有限元精细化三维空间模型进行融合，获得斜拉索温度场实时推演模型；
[0025]将主梁温度三维空间融合模型、桥塔温度三维空间融合模型和斜拉索温度场实时推演模型进行融合，获得斜拉桥温度场数字模型。
[0026]结合第六种可实现方式，在第七种可实现方式中，将第一实测温度数据与主梁有限元精细化三维空间模型进行融合，获得主梁温度三维空间融合模型，包括：
[0027]根据主梁有限元精细化三维空间模型获取主梁的预测温度和预测结构响应参数；
[0028]采用神经网络算法，将主梁的预测温度作为神经网络模型的输入，主梁的预测结构响应参数作为神经网络模型的输出，构建主梁神经网络映射模型；
[0029]根据主梁神经网络映射模型获取主梁修正结构响应参数；
[0030]将第一实测温度数据和主梁修正结构响应参数输入主梁有限元精细化三维空间模型，获得主梁温度三维空间融合模型。
[0031]结合第六种可实现方式，在第八种可实现方式中，将第二实测温度数据与桥塔有限元精细化三维空间模型进行融合，获得桥塔温度三维空间融合模型，包括：
[0032]根据桥塔有限元精细化三维空间模型获取桥塔的预测温度和预测结构响应参数；
[0033]采用神经网络算法，将桥塔的预测温度作为神经网络模型的输入，桥塔的预测结构响应参数作为神经网络模型的输出，构建桥塔神经网络映射模型；
[0034]根据桥塔神经网络映射模型获取桥塔修正结构响应参数；
[0035]将第二实测温度数据和桥塔修正结构响应参数输入桥塔有限元精细化三维空间
模型，获得桥塔温度三维空间融合模型。
[0036]结合第六种可实现方式，在第九种可实现方式中，将第三实测温度数据与斜拉索有限元精细化三维空间模型进行融合，获得斜拉索温度场实时推演模型，包括：
[0037]根据斜拉索有限元精细化三维空间模型获取斜拉索的预测温度；
[0038]将主梁的预测温度和桥塔的预测温度二者的平均值作为神经网络模型的输入，将斜拉索的预测温度作为神经网络模型的输出，构建斜拉索神经网络映射模型；
[0039]根据斜拉索神经网络映射模型获取斜拉索修正结构响应参数；
[0040]将第三实测温度数据和斜拉索修正结构响应参数输入斜拉索有限元精细化三维空间模型，获得斜拉索温度场实时推演模型。
[0041]结合第七或第八种可实现方式，在第十种可实现方式中，还包括：
[0042]根据桥梁健康监测系统获取桥梁实测结构响应参数；
[0043]根据桥梁实测结构响应参数对桥梁结构对应的神经网络映射模型的预测结构响应参数进行验证。
[0044]由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
[0045]1.通过先建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型，再根据各实测温度数据和各有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型。这样，通过斜拉桥温度场数字模型可以反映桥梁结构体系的全场特性，得到温度对斜拉桥的桥梁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据与有限元融合的斜拉桥温度场数字建模方法，其特征在于，包括：建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型；获取各所述桥梁结构的实测温度数据；根据各所述实测温度数据和各所述有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述桥梁结构包括主梁、桥塔和斜拉索，建立多个桥梁结构的有限元精细化三维空间模型，包括：利用建筑信息模型软件分别建立各桥梁结构的BIM三维空间物理模型；根据各所述桥梁结构的BIM三维空间物理模型建立各所述桥梁结构的有限元精细化三维空间模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用建筑信息模型软件分别建立各桥梁结构的BIM三维空间物理模型，包括：采用建筑信息模型软件，根据各桥梁结构的设计参数构建各桥梁结构的BIM三维空间物理模型；所述设计参数包括几何尺寸和材料特性。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据各所述桥梁结构的BIM三维空间物理模型建立各所述桥梁结构的有限元精细化三维空间模型，包括：根据桥梁结构的结构参数和外部环境参数进行有限元分析，获取桥梁结构的模拟温度和模拟结构响应参数；将所述模拟温度和所述模拟结构响应参数标记到各所述BIM三维空间物理模型中，获得各BIM有限元精细化三维空间模型。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取各所述桥梁结构的实测温度数据，包括：根据桥梁健康监测系统分别获取主梁跨中截面的第一实测温度数据、桥塔各朝向面的第二实测温度数据；将所述第一实测温度数据和所述第二实测温度数据的平均值作为斜拉索的第三实测温度数据。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据各所述实测温度数据和各所述有限元精细化三维空间模型获取斜拉桥温度场数字模型，包括：将第一实测温度数据与主梁有限元精细化三维空间模型进行融合，获得主梁温度三维空间融合模型；将第二实测温度数据与桥塔有限元精细化三维空间模型进行融合，获得桥塔温度三维空间融合模型；将第三实测温度数据与斜拉索有限元精细化三维空间模型进行融合，获得斜拉索温度场实时推演模型；将所述主梁温度三维空间融合模型、所述桥塔温度三维空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟利波，廖敬波，丁幼亮，赵瀚玮，李力，刘张浩，陈熠昕，刘昊，
申请(专利权)人：重庆物康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：