一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法，步骤如下：(1)基于监测数据的主梁纵向准静态累计位移提取；(2)等效交通量指标的建立和提取；(3)基于等效交通量与准静态累计位移相关性建模的阻尼器漏油诊断。本发明专利技术构造了一种可以表征车流特征且不受梁端约束装置损坏影响的等效交通量指标；建立基于等效交通量与主梁纵向累计位移相关性建模的阻尼器漏油诊断方法，有效消除了交通量变化对液体黏滞阻尼器漏油退化预警的干扰，实现了液体黏滞阻尼器的在线监测。最后，利用一座在役悬索桥长期监测数据验证了所提方法的有效性。因此，本发明专利技术在悬索桥纵向液体黏滞阻尼器性能评估领域具有较高的工程应用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法


[0001]本专利技术属于桥梁结构性能评估
，具体涉及一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法。

技术介绍

[0002]在正常运营状态下,悬索桥会受到温度、车辆、风及其他环境荷载的持续作用。频繁的荷载激励会引起主梁产生过大的纵向累计位移，进而导致伸缩缝和支座磨损而提前破坏。为了对悬索桥主梁纵向振动进行抑制，通常在塔
‑
梁间增设纵向约束装置。在目前的实际工程应用中，液体黏滞阻尼器是悬索桥中最常见的约束装置。然而，主梁长期频繁的振动会造成液体黏滞阻尼器的漏油退化，导致累计位移量增加，从而对梁端纵向位移抑制作用减弱。基于结构健康监测系统提供的结构响应监测数据，对液体黏滞阻尼器漏油退化进行早期诊断，对保障大跨悬索桥约束体系的稳定、可靠工作具有重要意义。
[0003]针对大跨悬索桥液体黏滞阻尼器方面的研究，目前多数是对加装阻尼器前后的结构振动控制效果对比分析和阻尼器的参数优化，而基于监测数据的液体黏滞阻尼器的性能评估鲜有研究。孙震等提出了一种基于随机森林算法和累计位移的阻尼器故障诊断方法(Cumulative displacement
‑
based detection of damper malfunction in bridges using data
‑
driven isolation forest algorithm)，然而该方法使用的机器学习方法存在可解释差，方法的普适性难以保证，且该方法对于春节假期车流量减少引起的累计位移变化会产生误报。
[0004]综上所述，目前基于监测数据的液体黏滞阻尼器状态评估研究很少，而已有方法会受到交通量变化的影响，从而导致预警效果不佳，亟待建立一种可以对液体黏滞阻尼器漏油退化进行可靠识别的方法。因此，本专利技术提出了一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法，该方法可以有效消除了交通量变化对液体黏滞阻尼器漏油退化预警的干扰，实现了液体黏滞阻尼器的在线监测识别。同时，该方法可以有效减少传感器布设数量，在工程上具有简单、易行的优点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法，步骤如下：
[0008]步骤1.基于监测数据的主梁纵向准静态累计位移提取
[0009](1.1)去除主梁纵向位移监测数据中的恒载和温度趋势项：先设置移动窗口长度为15min并选取一个窗口长度内的主梁纵向位移监测数据进行核密度估计拟合，以核密度估计模型中提取的概率密度最大值点对应的主梁纵向位移作为该时段内的主梁纵向静载
位移代表值；再设置移动窗口步长为5min，并不断重复以上步骤对不同时段下的主梁纵向静载位移代表值进行更新；对提取的主梁纵向静载位移代表值依次采用样条插值、中值滤波和滑动平均进行主梁纵向静载位移趋势项的提取，通过将监测的原始位移数据减去主梁纵向静载位移趋势项即去除主梁纵向位移监测数据中的恒载和温度的影响；需要注意的是，本方法可采用主梁纵向任意测点的纵向位移监测数据；
[0010](1.2)采用低通滤波方法对已去除恒载和温度趋势项的主梁纵向位移监测数据进行车致准静态位移成分的提取，低通滤波器的截至频率设置为车辆的广义集激励v/l，其中v是指以m/s为计量单位的车速，对于公路悬索桥设置为100km/h，即28m/s；l是指悬索桥主跨长度；
[0011](1.3)通过式(1)叠加梁端位移时程曲线位移变化绝对值，计算主梁纵向准静态累计位移，以一小时为单位进行统计分析；
[0012][0013]式中：d
i
代表第i个主梁准静态纵向位移数据样本；n为单位时段内主梁准静态纵向位移数据集样本总数；
[0014](1.4)消除间接温度效应对于主梁纵向准静态位移的影响：根据式(2)建立温度与主梁纵向准静态累计位移的关系模型，并采用式(3)将主梁纵向准静态累计位移指标归一化至同一参考温度，获得归一化的准静态累计位移指标
[0015][0016]式中：γ1和γ0为通过最小二乘法得到的拟合参数；T为主梁平均温度；需要注意的是，关系模型的建立使用桥梁阻尼器处于正常状态的主梁纵向位移数据和温度数据；D
0,T
表示结构温度等于T时的准静态累计位移指标的测量值；D
T
表示结构温度等于T时的准静态累计位移估计值；D
20
表示结构温度等于20℃时的准静态累计位移估计值；
[0017]步骤2.等效交通量指标的建立和提取
[0018](2.1)提取主梁跨中位置的竖向位移和应变监测数据，采用步骤(1.1)和步骤(1.2)分别进行恒载及温度趋势项提取和车致准静态成分的提取；
[0019](2.2)根据式(4)计算主梁跨中不同横向位置处位移和应变均方根(RMS)指标，进一步采用步骤(1.4)中同样的方法进行均方根指标中间接温度效应的剔除以及指标的归一化；
[0020][0021]式中：x
j
代表第j个跨中竖向位移或应变数据样本；m为单位时段内主梁跨中竖向位移或应变数据集的样本总数，单位时段同样设置为1小时；
[0022](2.3)根据式(5)对归一化的RMS指标与归一化主梁纵向准静态累计位移指标进行
典型相关性分析，获得典型相关模型的标准正交基向量u
k
：
[0023][0024]式中，R
VV
为RMS指标间的协方差矩阵；R
DD
为梁端准静态累计位移指标间的协方差矩阵；R
VD
为梁端准静态累计位移指标和RMS指标间的互协方差矩阵，且R
VD
＝R
DV
；U＝[u1,u2,...,u
k
]表示由特征向量构成的标准正交矩阵，u
k
表示第k对标准正交基向量；
[0025](2.4)采用式(6)计算RMS指标在第k对标准正交基向量u
k
上的投影，即得到等效交通量指标；
[0026][0027]步骤3.基于等效交通量与准静态累计位移相关性建模的阻尼器漏油诊断
[0028](3.1)采用阻尼器处于正常状态下的包括主梁纵向位移数据、跨中竖向位移和应变数据、温度数据的监测数据作为训练集，按照步骤1和步骤2进行准静态累计位移和等效交通量指标的提取，之后，根据式(7)建立等效交通量与准静态累计位移相关性模型；
[0029][0030]式中：为基于相关性模型估计的第t个小时的准静态累计位移(t＝1,2,
…
N)，N为训练集所包含的准静态累计位移指标的总数；β
k
为第k个回归系数，通过最小二乘法确定；
[0031](3.2)根据式(8)计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬索桥主梁纵向非线性液体黏滞阻尼器漏油监测诊断方法，其特征在于，步骤如下：步骤1.基于监测数据的主梁纵向准静态累计位移提取(1.1)去除主梁纵向位移监测数据中的恒载和温度趋势项：先设置移动窗口长度为15min并选取一个窗口长度内的主梁纵向位移监测数据进行核密度估计拟合，以核密度估计模型中提取的概率密度最大值点对应的主梁纵向位移作为该时段内的主梁纵向静载位移代表值；再设置移动窗口步长为5min，并不断重复以上步骤对不同时段下的主梁纵向静载位移代表值进行更新；对提取的主梁纵向静载位移代表值依次采用样条插值、中值滤波和滑动平均进行主梁纵向静载位移趋势项的提取，通过将监测的原始位移数据减去主梁纵向静载位移趋势项即去除主梁纵向位移监测数据中的恒载和温度的影响；(1.2)采用低通滤波方法对已去除恒载和温度趋势项的主梁纵向位移监测数据进行车致准静态位移成分的提取，低通滤波器的截至频率设置为车辆的广义集激励v/l，其中v是指以m/s为计量单位的车速，对于公路悬索桥设置为100km/h，即28m/s；l是指悬索桥主跨长度；(1.3)通过式(1)叠加梁端位移时程曲线位移变化绝对值，计算主梁纵向准静态累计位移，以一小时为单位进行统计分析；式中：d
i
代表第i个主梁准静态纵向位移数据样本；n为单位时段内主梁准静态纵向位移数据集样本总数；(1.4)消除间接温度效应对于主梁纵向准静态位移的影响：根据式(2)建立温度与主梁纵向准静态累计位移的关系模型，并采用式(3)将主梁纵向准静态累计位移指标归一化至同一参考温度，获得归一化的准静态累计位移指标D
T
＝γ1T+γ0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：γ1和γ0为通过最小二乘法得到的拟合参数；T为主梁平均温度；需要注意的是，关系模型的建立使用桥梁阻尼器处于正常状态的主梁纵向位移数据和温度数据；D
0,T
表示结构温度等于T时的准静态累计位移指标的测量值；D
T
表示结构温度等于T时的准静态累计位移估计值；D
20
表示结构温度等于20℃时的准静态累计位移估计值；步骤2.等效交通量指标的建立和提取(2.1)提取主梁跨中位置的竖向位移和应变监测数据，采用步骤(1.1)和步骤(1.2)分别进行恒载及温度趋势项提取和车致准静态成分的提取；(2.2)根据式(4)计算主梁跨中不同横向位置处位移和应变均方根(RMS)指标，进一步采用步骤(1.4)中同样的方法进行均方根指标中间接温度效应的剔除以及指标的归一化；
式中：x
j
代表第j个跨中竖向位移或应变数据样本；m为单位时段内主梁跨中竖向位移或应变数据集的样本总数，单位时段同样设置为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东辉，顾海伦，伊廷华，李宏男，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：