一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法技术

本发明专利技术涉及一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法，包括：S1、测量桥梁长度和竖向位移，根据桥梁的模态振型和刚度贡献比，计算振动韧性；S2、获取桥梁在受到灾害后的沉降数据，计算沉降韧性；S3、通过无人机近景摄影获得桥梁的高分辨率图像，对影像进行特征分析，得出灾害后的桥梁结构病害特征，计算结构韧性；S4、通过交通需求量、行程时间的桥梁所在交通路网的拓扑结构计算通行韧性；S5、记录桥梁在开始受到灾害到桥梁修复到原来状态的修复时间，结合振动韧性、沉降任性、结构韧性、通行韧性计算桥梁的安全韧性。与现有技术相比，本发明专利技术能够广泛全面地监测和评估桥梁安全，并高效判断出桥梁的关键脆弱部位，以便对其及时修复。以便对其及时修复。以便对其及时修复。

【技术实现步骤摘要】
一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法


[0001]本专利技术涉及桥梁基础设施安全监测领域，尤其是涉及一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法。

技术介绍

[0002]桥梁是是重要的道路基础设施和交通网络的重要组成部分。然而，桥梁经常地暴露在如洪水、地震、台风等自然灾害下。作为交通网络中的重要部分，桥梁在受到灾害影响后会降低自身安全性和严重影响交通道路网络的通行效率。由于桥梁修复需要耗费大量的时间和成本，因此，需要通过不同的监测方式，收集并分析桥梁的震动、位移、变形和病害等数据，确保桥梁的安全性。
[0003]在桥梁安全检测中，目视检查是一种传统的安全评估方法，人员根据检查数据对桥梁状况进行评估。这种方法主要取决于检查员的专业知识，是一种主观的并且通常效率低下的检查方式。在桥梁施工时，通常会在桥梁的一些关键结构部位安装传感器，以实时获取桥梁的数据。然而传感器比较容易损坏，难以再重新安装，而且从传感器获取的数据仅包括一些关键的结构部位，难以全面地监控桥梁的安全性。
[0004]韧性的本意是抵抗和回弹，自从韧性概念被引入交通运输领域以来，许多学者对其在交通路网系统中进行解读和应用。目前的韧性主要围绕交通路网系统展开研究，通过路网的拓扑结构、路网效率和路网属性对韧性进行解释，将道路网络简化成边和节点，忽略不同的道路基础额设施的特点。
[0005]在桥梁安全领域中，韧性可以被定义为桥梁抵抗灾害造成的损伤的能力，以及在灾害后恢复到原本的安全性的能力。
[0006]因此，继续设计一种桥梁安全韧性评估方法，能够广泛全面地监测和评估桥梁的安全，并高效地判断出桥梁的关键脆弱部位，从而对其修复。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法，该方法能够广泛全面地监测和评估桥梁的安全，并高效地判断出桥梁的关键脆弱部位，从而对其及时修复。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤S1、测量桥梁长度和竖向位移，根据桥梁的模态振型和刚度贡献比，计算桥梁的振动韧性R
vir
；
[0011]步骤S2、获取桥梁在受到灾害后的沉降数据，计算桥梁的沉降韧性R
set
；
[0012]步骤S3、通过无人机近景摄影获得桥梁的高分辨率图像，对影像进行特征分析，得出灾害后的桥梁结构病害特征，计算桥梁的结构韧性R
str
；
[0013]步骤S4、通过交通需求量、行程时间的桥梁所在交通路网的拓扑结构计算桥梁的通行韧性V
tra
；
[0014]步骤S5、记录桥梁在开始受到灾害到桥梁修复到原来状态的修复时间t，结合振动韧性R
vir
、沉降任性R
set
、结构韧性R
str
、通行韧性V
tra
计算桥梁的安全韧性R。
[0015]优选地，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0016]步骤S11、测量桥梁的长度L，使用桥梁应变传感器检测桥梁的竖向位移y；
[0017]步骤S12、根据桥梁在灾害前的模态振型，计算桥梁桥梁在损伤前的第i阶模态振型第j个单元的刚度贡献比R
ij
，表达式为：
[0018][0019]式中，k(x)是桥梁初始的弯曲刚度，k
j
是第j个单元初始的弯曲刚度，Φ
i
(x)是第i阶模态振型；
[0020]步骤S13、根据桥梁在受到灾害损伤后的模态振型，计算桥梁受到损伤后的第i阶模态振型第j个单元的刚度贡献比表达式为：
[0021][0022]式中，k
*
(x)是桥梁受到灾害损伤后的弯曲刚度，是第j个单元受到灾害损伤的弯曲刚度，是第i阶模态振型；
[0023]步骤S14、通过灾害损伤前后的桥梁振动刚性比，计算桥梁的振动韧性R
vir
：
[0024][0025]式中，n为单元数。
[0026]优选地，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0027]步骤S21、通过PS
‑
InSAR卫星对目标区域重访，多角度成像，反复拍摄桥体和路面，获取高程信息，然后经校正配准、辐射定标处理后，利用影像的振幅离差、相位和相干系数提取沉降数据；
[0028]步骤S22、通过分析每个像元幅度稳定性系数，提取经过设定时间间隔仍具有设定相干性的像元作为PS点，然后根据PS点的相位变化，从干涉相位中去除大气相位、残差相位和视线方向目标物体的偏移值，分析得到形变测量值，最终生成地表形变的平均偏移率图，以此来监测微小的基础沉降；
[0029]步骤S23、通过专家分析法，分析沉降量和桥梁特征，给出桥梁在灾害后的沉降韧性R
set
。
[0030]优选地，所述步骤S3包括以下子步骤：
[0031]步骤S31、通过无人机采集桥梁在受到灾害后的桥墩、桥梁支座和梁体影像；
[0032]步骤S32、通过人工智能算法识别出桥墩病害面积、桥梁支座病害面积以及梁体病害面积；
[0033]步骤S33、通过专家分析法，结合桥梁的类型、长度特征和灾害的严重程度和类型，确定不同的结构病害的严重程度，确定不同病害的权重w；
[0034]步骤S34、通过不同桥梁结构的病害面积和权重，计算桥梁的结构韧性R
str
。
[0035]优选地，所述步骤S32中桥墩病害包括桥墩混凝土出现腐蚀破损、冲刷破裂、开裂病害现象；桥梁支座病害包括老化、断裂、错位和脱空现象；梁体病害包括出现腐蚀破损、冲刷破裂和开裂现象。
[0036]优选地，所述桥梁的结构韧性R
str
，计算表达式为：
[0037]R
str
＝S1·
w1+S2·
w2+S3·
w3[0038]其中，S1、S2、S3分别为桥墩结构病害面积、支座结构病害面积、梁体混凝土病害面积，w1、w2、w3为对应的权重。
[0039]优选地，所述步骤S4中桥梁的通行韧性V
tra
，计算表达式为：
[0040][0041]式中，q
rs
为通行经过桥梁的交通需求量，为灾害发生前后的最短行程时间。
[0042]优选地，所述步骤S5中桥梁的安全韧性R，表达式为：
[0043][0044]根据本专利技术的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。
[0045]根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。
[0046]与现有技术相比，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1、测量桥梁长度和竖向位移，根据桥梁的模态振型和刚度贡献比，计算桥梁的振动韧性R
vir
；步骤S2、获取桥梁在受到灾害后的沉降数据，计算桥梁的沉降韧性R
set
；步骤S3、通过无人机近景摄影获得桥梁的高分辨率图像，对影像进行特征分析，得出灾害后的桥梁结构病害特征，计算桥梁的结构韧性R
str
；步骤S4、通过交通需求量、行程时间的桥梁所在交通路网的拓扑结构计算桥梁的通行韧性V
tra
；步骤S5、记录桥梁在开始受到灾害到桥梁修复到原来状态的修复时间t，结合振动韧性R
vir
、沉降任性R
set
、结构韧性R
str
、通行韧性V
tra
计算桥梁的安全韧性R。2.根据权利要求1所述的一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：步骤S11、测量桥梁的长度L，使用桥梁应变传感器检测桥梁的竖向位移y；步骤S12、根据桥梁在灾害前的模态振型，计算桥梁桥梁在损伤前的第i阶模态振型第j个单元的刚度贡献比R
ij
，表达式为：式中，k(x)是桥梁初始的弯曲刚度，k
j
是第j个单元初始的弯曲刚度，Φ
i
(x)是第i阶模态振型；步骤S13、根据桥梁在受到灾害损伤后的模态振型，计算桥梁受到损伤后的第i阶模态振型第j个单元的刚度贡献比表达式为：式中，k
*
(x)是桥梁受到灾害损伤后的弯曲刚度，是第j个单元受到灾害损伤的弯曲刚度，是第i阶模态振型；步骤S14、通过灾害损伤前后的桥梁振动刚性比，计算桥梁的振动韧性R
vir
：式中，n为单元数。3.根据权利要求1所述的一种公路桥梁灾后的安全韧性评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：步骤S21、通过PS
‑
InSAR卫星对目标区域重访，多角度成像，反复拍摄桥体和路面，获取高程信息，然后经校正配准、辐射定标处理后，利用影像的振幅离差、相位和相干系数提取
沉降数据；步骤S22、通过分析每个像元幅度稳定性系数，提取经过设定时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成龙，杜豫川，梁文耀，高倩，吴荻非，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：