【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁健康监测领域，尤其是下承式梁拱组合桥基于健康监测系统预警阈值设定研究。
技术介绍
1、桥梁健康监测已成为国内外学术界和工程界关注的焦点。近年来结构健康监测领域出现大量研究论文和专利技术，这些科研成果内容主要包括以下方面：研发传感器、传感器优化布置、数据无线传输、损伤识别方法、桥梁状态评估、桥梁生命周期管理养护等。从应用角度来说，通过对传感器的革新和自动远程监控技术的更新换代，桥梁健康监测系统正向简单易装、经济可行、持久可靠方向发展，并已在世界诸多大桥中得到应用。从发展趋势来说，桥梁健康监测系统已成为大桥建设及管理和养护工程的重要部分，各种方法有其特点和优势，但也都存在不同的使用条件和局限。
2、桥梁监测系统一般由传感器系统、数据采集与传输系统、数据分析与处理系统及健康状况评估系统等多个子系统构成。桥梁健康监测系统获取的数据具有海量性、多维性、复杂性和随机性等特点，各种无效和干扰信息都有可能导致监测数据失真，对监测数据本身异常与失真情况的研究是桥梁健康监测研究的重要一环。随着传感器测点的日益增加，系统越来越复杂，智能化程度越来越高，维护系统的难度也越来越大。健康监测系统中对于设备异常引起的失真信息、环境干扰引起的异常信息及结构正常的响应信息通常会混杂在一起，单一的信号处理方法已经难以奏效。国内关于下承式拱—梁桥安全监测研究和实践比较少，传统斜拉悬索桥梁分析方法已不适用于下承式拱—梁桥的预警阈值的设定。
技术实现思路
1、针对上述存在的国内下承式—梁桥安全
2、本专利技术的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，包括：
3、基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法及应用，首先确定设定阈值分析对象，其次建立理论计算值与阈值关系式，然后三级预警阈值设定方法，最后根据车辆行驶在相邻传感器中的运动特征推出三级预警公式中单车道校验系数和多车道校验系数。具体包括如下步骤：
4、步骤一：确定设定阈值的分析对象；
5、步骤二：建立理论计算值与阈值关系式；
6、步骤三：建立三级预警阈值设定方法；
7、步骤四：推导出三级预警公式单车道校验系数；
8、步骤五：推导出三级预警公式多车道校验系数。
9、所述确定设定阈值的分析对象为包括挠度和应变。桥梁监测系统主要监测项目包括八项，分别是振动加速度、索力、振动频率、变形量、索加速度、温度、应变、索频率。主要采集仪器包括静力水准仪、弦式采集仪、多功能数据采集仪(动态)，485数据采集仪。采集的数据中最直观反映桥梁安全状态的就是挠度和应变。本文就以挠度和应变作为主要的分析对象。由于采集到的数据不一定能反映车辆对桥梁的真实影响，因此需要剔除掉温度所造成的影响。
10、所述建立理论计算值与阈值关系式，为由于有限元模型分析可以计算得到桥梁挠度和应变的最大值，但计算出来的值并不能作为桥梁的阈值，有时算出来的阈值甚至与真实的测量出来的结果相差甚远。这是因为计算理论值与实际值之间存在一定的校验系数。同时，有限元模型考虑的因素过于单一，不能有效反映桥梁的真实情况。例如温度、湿度、车辆随机荷载大小与实际的情况存在一定的差异，而且桥梁材料的弹性模量、强度等指标会随着时间而发生变化。在桥梁健康监测传感器由于受到采样频率，传感器安装位置等因素也会对测得的结果造成影响。因此十分有必要建立一套有关理论计算值与阈值两者同时带有相关系数和校验系数的关系式。
11、理论计算值与阈值关系式为：
12、u＝η·λ·u (1)
13、其中，u为相应等级的应变(挠度)指标的预警阈值，η为相关系数，λ为校验系数，其中η<1，λ<1。u为模型计算得出的相应的应变(挠度)理论最大值；
14、所述建立三级预警阈值设定方法。为由于设置的阈值不能过于太大，这样会使监测系统不能及时的发现问题，造成一定的生命财产安全损失。同时设置的阈值不能太小，这样会造成过早的警报，误报，浪费人力物力。根据长期桥梁监测数值经验和大中跨桥梁预警阈值的设定方法。建立了三级预警阈值设定方法，1级预警阈值指标为3级的60％，安全系数为1.35。2级预警阈值为3级的75％，安全系数为1.33。保留了部分空间以判断是否对桥梁安全运营状态进行安全评估。综上可以得到大中跨桥梁的预警关系式：
15、u1＝0.6·η·λ·uj (2)
16、u2＝0.75·η·λ·uj (3)
17、u3＝1.0·η·λ·uj (4)
18、其中，ui为相应等级的应变(挠度)指标的预警阈值，i取值为1,2,3，η为相关系数，λ为校验系数。其中η<1，λ<1，uj为有限元模型计算出来的理论最大值；
19、根据桥梁损伤情况设定三种预警：
20、i级(蓝色)一般，表明桥梁出现偶然异常情况，此时需要相关人员进行检查，排出异常原因。ii级(黄色)严重，则表明桥梁出现严重超出正常使用极限状态的情况，管理部门要高度重视，桥梁极有可能出现安全事故，或者有发生重大安全事故的概率。iii级(红色)特别严重，此时桥梁主题结构已经出现严重破坏，桥梁安全部门要立即制定安全启用方案。
21、所述推导出三级预警公式单车道校验系数，为当汽车在桥面上行驶时，汽车驾驶到跨中位置时，所引起的挠度和应变最大，此时应当特别关注跨中位置处的安全状况，当汽车以速度v行驶过桥面时，相近的两个传感器之间行驶过的距离为v/f,与此同时，因为每个传感器都有一定的固定频率对桥梁的挠度数据进行检测的特征，而且汽车荷载在桥梁安全生命周期中起主导作用。因此汽车在行驶到相邻两个传感器之间时具有更好的研究价值。
22、由于汽车行驶的位置具有不确定性，当汽车行驶到跨中位置时，此时认定桥梁的校验系数为1，当汽车行驶到距离跨中位置v/2f时，此时为桥梁安全状态最不利时段。则取校验系数最大与最小平均值作为桥梁的一般情况下的校验系数，可得单车道校验系数公式为
23、
24、其中，λ为桥梁的校验系数，l为桥梁的长度，v为汽车行驶速度，f为传感器采样频率；
25、所述推导出三级预警公式多车道校验系数，为首先假设桥梁各个车道的车流量相差不大，当其中有一车道或多车道车流量增大时，必将会引起其他车道的测得的参数的增大，因此需要所以，必须将多条道路的同时存在的可能性和对以上单个道路的分析进行比较。
26、
27、其中，α为车道上有车的概率，n为车道的数量。
28、综上，可得到全桥面的数据校验系数：
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【技术保护点】
1.基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤一所述的确定设定阈值的分析对象包括：
3.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤二所述的建立理论计算值与阈值关系式是；
4.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤三所述的建立三级预警阈值设定方法；包括：
5.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤四所述的推导出三级预警公式单车道校验系数；包括：
6.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤五所述的推导出三级预警公式多车道校验系数；包括：
【技术特征摘要】
1.基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤一所述的确定设定阈值的分析对象包括：
3.如权利要求1所述的基于下承式梁拱组合桥结构特征的阈值设定方法，其特征在于，步骤二所述的建立理论计算值与阈值关系式是；
4.如权利要求1所述的基于下...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄一舟，郑亚波，邱鹏，李荣飞，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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