基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法技术

基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，属于土木工程结构运营安全智能监测技术领域。利用沿空心板梁桥主梁通长布设的分布式应变感测光纤，获取主梁高密度测点应变监测数据，以共轭梁理论为基础，将主梁高密度测点应变转换为高密度测点挠度；在此基础上，以空心板梁桥铰缝传力理论及损伤特征为基础，构建空心板梁桥铰缝损伤特征指标；以双向长短时记忆神经网络模型为基础，结合空心板梁桥集群特点，构建空心板梁桥集群铰缝损伤诊断因子，实现空心板梁桥集群铰缝损伤诊断。本发明专利技术将应变监测数据转换为更能反映铰缝状态的挠度信息，并利用空心板梁桥集群特点去除环境因素影响，极大地提高了空心板梁桥集群铰缝损伤的诊断精度。伤的诊断精度。伤的诊断精度。

【技术实现步骤摘要】
基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法


[0001]本专利技术属于土木工程结构运营安全智能监测
，具体涉及一种基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法。

技术介绍

[0002]装配式梁桥在我国公路桥梁中占有很大的比重，因其采用工厂预制、现场吊装的施工方法，极大提高了施工效率，减小了季节对施工的限制，具有极强的应用能力。在装配式梁桥中，在役空心板梁桥占有了很大的比重，其结构形式稳定，应用范围极广。然而，随着长期服役下复杂的外部荷载作用，空心板梁桥极易出现性能退化，产生各类病害。尤其是考虑到空心板梁桥的结构特点，其横向连接是整体结构中的薄弱部分，整体连接型病害不容忽视。铰缝损伤是空心板梁桥整体连接型病害的主要形式，因此，如何准确、及时地诊断空心板梁桥的铰缝损伤是确保空心板梁桥结构运营安全的关键问题。
[0003]空心板梁桥铰缝属于隐蔽位置，不便通过人工观察的方式发现损伤，而传统的荷载试验方法费时费力，且一般需要中断交通，难以及时发现铰缝损伤。近年来，分布式光纤感测技术的进步，为桥梁铰缝状态监测提供了新的手段。分布式光纤感测技术具有测点密集、安装方便等优势，然而，其获取的应变监测数据主要反映结构局部信息，且易受环境因素干扰。因此，如何合理利用分布式感测光纤提供的高密度测点应变信息，减少环境因素干扰，实现空心板梁桥铰缝损伤的有效诊断仍是一个亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对实现空心板梁桥铰缝损伤的有效诊断这一技术问题，提供一种基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，将高密度测点应变转换为更能反映铰缝状态的高密度测点挠度信息，并结合空心板梁桥的集群特点去除环境因素影响，实现空心板梁桥集群铰缝损伤的有效诊断。
[0005]本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，包括以下步骤：
[0007]S1.将主梁高密度测点应变转换为高密度测点挠度；
[0008]S2.利用S1得到的主梁高密度测点挠度监测数据，构建空心板梁桥铰缝损伤特征指标；
[0009]S3.构建空心板梁桥集群铰缝损伤诊断因子。
[0010]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0011]与现有技术相比，本专利技术利用分布式应变传感光纤，实现了桥梁铰缝结构状态的实时监测，能够在不中断交通的情况下对铰缝结构状态进行及时的诊断。此外，本专利技术将应变监测数据转换为更能反映铰缝状态的挠度信息，并利用空心板梁桥集群特点去除环境因素影响，极大地提高了空心板梁桥集群铰缝损伤的诊断精度。
附图说明
[0012]图1是本专利技术流程图；
[0013]图2是实施实例中桥梁结构有限元模型图；
[0014]图3是实施实例中双向长短时记忆神经网络模型的预测残差图；
[0015]图4是实施实例中铰缝损伤的诊断结果图；
具体实施方式
[0016]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术的做进一步详细的描述。
[0017]参照图1所示，本专利技术的基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，包括：S1.将主梁高密度测点应变转换为高密度测点挠度；
[0018]利用沿空心板梁桥主梁通长布设的分布式应变感测光纤，获取主梁高密度测点应变监测数据，以共轭梁理论为基础，将主梁高密度测点应变转换为高密度测点挠度；
[0019]S2.利用S1得到的主梁高密度测点挠度监测数据，以空心板梁桥铰缝传力理论及损伤特征为基础，构建空心板梁桥铰缝损伤特征指标；
[0020]S3.构建空心板梁桥集群铰缝损伤诊断因子；
[0021]以双向长短时记忆神经网络模型为基础，结合空心板梁桥集群特点，构建空心板梁桥集群铰缝损伤诊断因子，实现空心板梁桥集群铰缝损伤诊断。
[0022]具体步骤为：
[0023]S1空心板梁桥主梁高密度测点应变与挠度的转换方法：
[0024]S11.沿空心板梁桥主梁通长布设分布式应变感测光纤，获取主梁高密度测点应变监测数据，如下式所示，
[0025]ε
i
＝[ε
i1
,ε
i2
,...,ε
iu
,...]ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0026]式中，ε
iu
为第i个时刻下主梁结构第u个测点的应变值；ε
i
为第i个时刻下主梁结构的应变向量；
[0027]S12.以支座位置为分界线，将主梁划分为若干段，利用每段主梁两个支座之前的测点应变，计算每段主梁各测点处的主梁结构曲率，如下式所示，
[0028][0029]式中，为第i个时刻下第m段主梁结构第j个测点处的主梁结构曲率；为第i个时刻下第m段主梁结构第j个测点处的应变；h为主梁梁高；为第i个时刻下第m段主梁结构的曲率向量；
[0030]S13.利用共轭梁理论，计算主梁高密度测点挠度，如下式所示，
[0031][0032]式中，为第i个时刻下第m段主梁结构第k个测点处的主梁结构挠度，n为第m段
主梁结构上的测点总数，L为第m段主梁的长度；和分别为第m段主梁结构两端支座的沉降测量值；
[0033]S14.按照S13可计算各段主梁上各个测点处的挠度，将各段主梁的挠度计算结果组合起来，得到最终的主梁高密度测点挠度计算结果，如下式所示，
[0034]ω
i
＝[ω
i1
,ω
i2
,...,ω
iu
,...]ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0035]式中，ω
iu
为第i个时刻下主梁整体结构第u个测点处的挠度计算值；ω
i
为第i个时刻下主梁结构的挠度向量。
[0036]S2空心板梁桥铰缝损伤特征指标的构建方法：
[0037]根据空心板梁桥铰缝传力理论及损伤特征，以铰缝两侧主梁的挠度向量夹角为基础，构建空心板梁桥铰缝损伤特征指标，如下式所示，
[0038][0039]式中，为第i个时刻下空心板梁桥第q片主梁结构的挠度向量，θ
i,q
‑
q+1
为第i个时刻下空心板梁桥第q片主梁与第q+1片主梁之间铰缝的损伤特征指标，subspace(
·
)表示计算两个子空间之间的角度。
[0040]S3空心板梁桥集群铰缝损伤的诊断方法：
[0041]S31.将包含多座相同及相似的空心板梁桥构成的桥梁集合称为空心板梁桥集群，对于集群内的桥梁A和桥梁B，其在参考状态下的铰缝损伤特征指标可按下式表示，
[0042][0043][0044][0045][0046]式中，θ
A
和θ
B
分别为空心板梁桥A和桥B的铰缝损伤特征指标矩阵；和分别为第i个时刻下空心板梁桥A和桥B的铰缝损伤特征指标向量；和分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将主梁高密度测点应变转换为高密度测点挠度；S2.利用S1得到的主梁高密度测点挠度监测数据，构建空心板梁桥铰缝损伤特征指标；S3.构建空心板梁桥集群铰缝损伤诊断因子。2.根据权利要求1所述的基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，其特征在于：所述S1具体为：利用沿空心板梁桥主梁通长布设的分布式应变感测光纤，获取主梁高密度测点应变监测数据，以共轭梁理论为基础，将主梁高密度测点应变转换为高密度测点挠度。3.根据权利要求2所述的基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，其特征在于：所述S1空心板梁桥主梁高密度测点应变与挠度的转换方法包括以下步骤：S11.沿空心板梁桥主梁通长布设分布式应变感测光纤，获取主梁高密度测点应变监测数据，如下式所示，ε
i
＝[ε
i1
,ε
i2
,...,ε
iu
,...]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，ε
iu
为第i个时刻下主梁结构第u个测点的应变值；ε
i
为第i个时刻下主梁结构的应变向量；S12.以支座位置为分界线，将主梁划分为若干段，利用每段主梁两个支座之前的测点应变，计算每段主梁各测点处的主梁结构曲率，如下式所示，式中，为第i个时刻下第m段主梁结构第j个测点处的主梁结构曲率；为第i个时刻下第m段主梁结构第j个测点处的应变；h为主梁梁高；为第i个时刻下第m段主梁结构的曲率向量；S13.利用共轭梁理论，计算主梁高密度测点挠度，如下式所示，式中，为第i个时刻下第m段主梁结构第k个测点处的主梁结构挠度，n为第m段主梁结构上的测点总数，L为第m段主梁的长度；和分别为第m段主梁结构两端支座的沉降测量值；S14.按照S13可计算各段主梁上各个测点处的挠度，将各段主梁的挠度计算结果组合起来，得到最终的主梁高密度测点挠度计算结果，如下式所示，ω
i
＝[ω
i1
,ω
i2
,...,ω
iu
,...]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，ω
iu
为第i个时刻下主梁整体结构第u个测点处的挠度计算值；ω
i
为第i个时刻下主梁结构的挠度向量。4.根据权利要求1所述的基于高密度测点应变的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断方法，其特征在于：所述S2空心板梁桥铰缝损伤特征指标的构建方法为：根据空心板梁桥铰缝传
力理论及损伤特征，以铰缝两侧主梁的挠度向量夹角为基础，构建空心板梁桥铰缝损伤特征指标，如下式所示，式中，为第i个时刻下空心板梁桥第q片主梁结构的挠度向量，θ
i,q
‑
q+1
为第i个时刻下空心板梁桥第q片主梁与第q+1片主梁之间铰缝的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，张洪伟，乔文庭，刘世清，冯彬，刘磊，高庆飞，
申请(专利权)人：内蒙古自治区交通运输科学发展研究院，
类型：发明
国别省市：