[發明專利]大跨橋梁結構整體抗側力性能異常的預警方法

有效

• 申請號: 201410054835.5
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103837358A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 王高新;丁幼亮;宋永生
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種大跨橋梁結構整體抗側力性能異常的預警方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟（1）：對主梁跨中部位的三維風場和GPS位移效應進行數據采集：

在大跨橋梁的主梁跨中處安裝三維超聲風速儀和GPS位移監測站，對此處風向量v(t)及位移向量u(t)進行實時監測并以時間序列存儲，其中v(t)=[v_r(t),α(t),β(t)]，u(t)=[u_x(t),u_y(t),u_z(t)]，v_r(t),α(t),β(t)分別為絕對風速、風攻角與風向角，u_x(t),u_y(t),u_z(t)分別為GPS坐標系下的三軸方向位移，t表示時間，t=1,2,...,L，單位為秒，L表示時間長度；

步驟（2）：對采集數據進行矢量分解和均值處理，得到橫橋向靜風速序列和靜位移序列：

利用以下兩式將時間序列v(t)、u(t)進行矢量分解，得到橫橋向風速時程vh(t)和位移時程ur(t)：

v_h(t)=v_r(t)·cos(α(t))·sin(β(t))

u_r(t)=u_x(t)·sin(γ)-u_y(t)·cos(γ)

式中γ表示GPS坐標系中的x軸與主梁縱向軸線的夾角；后將L劃分為n個10min時間段，并利用下式計算每個時間段內對應v_h(t)和u_r(t)的平均值，得到靜風速序列v_m(k)和靜位移序列u_m(k)：

vm(k)=(Σt=600k-599t=600kvh(t))/600]]>

um(k)=(Σt=600k-599t=600kμr(t))/600]]>

式中k=1,2,…,n；

步驟（3）：對靜風速序列和靜位移序列按月份劃分，并利用小波包互相關系數確定兩者在同月份的主相關序列：

①對靜風速序列和靜位移序列按月份進行劃分，以第q個月份的劃分結果為分析例，將此月靜風速值按遞增排列并等間距劃分為p段，其中靜風速值排列前后的位置變化記為R(n₁,n₂)，R(n₁,n₂)具體表示第n₁個靜風速值在排列后位于第n₂個位置；此外按照R(n₁,n₂)的排列規則將此月靜位移值排列并同樣均分為p段；

②以第s段靜風速值和靜位移值為例，對此段靜風速值和靜位移值進行第4尺度小波包分解，兩者均得到按結點位置排列的16個小波包系數，利用下式對相同結點位置小波包系數的重構序列進行逐一互相關分析：

rvu(g)=Σng=1nt(g)(v~(g,ng)-v‾(g))(u~(g,ng)-u‾(g))[Σng=1nt(g)(v~(g,ng)-v‾(g))2Σng=1nt(g)(u~(g,ng)-u‾(g))2]0.5]]>

式中，r_vu(g)表示第g個小波包系數的重構靜風速序列和靜位移序列之間的互相關系數，分別為第g個小波包系數的第n_g個重構靜風速值和靜位移值，n_t(g)為第g個小波包系數的重構靜風速值總個數，分別為第g個小波包系數的重構靜風速序列和靜位移序列的的均值，g=1,2,...,16；

③從16個小波包系數中剔除掉互相關系數絕對值小于0.9對應的小波包系數，后對剩余小波包系數的重構序列疊加得到第s段靜風速值和靜位移值的重構序列，按此方法將得到的p段靜風速值和靜位移值的重構序列重新組合成第q個月份的靜風速和靜位移序列，以此作為靜風速和靜位移在此月的主相關序列，后對各月遍歷得到所有月份靜風速和靜位移之間的主相關序列；

步驟（4）：依次對各月主相關序列進行傅里葉級數擬合，利用擬合參數值的月變化特征對大跨橋梁結構的整體抗側力性能進行異常預警：

利用下式所示的二階傅里葉級數，依次對各月主相關序列進行最小二乘擬合并確定各月參數估計值：

um(vm)=Σe=02(ae(m)cos(e·w(m)·vm))+Σx=12(bx(m)sin(x·w(m)·vm))]]>

式中，v_m表示第m個月主相關序列中的靜風速值，u_m表示第m個月主相關序列中的靜位移值，a_e(m)、b_x(m)和w(m)分別為第m個月傅里葉級數的參數估計值；分別對各參數估計值的月變化特性進行ADF單位根檢驗，若每個參數估計值的檢驗結果均拒絕存在一個單位根的原假設，則大跨橋梁結構的整體抗側力性能處于良好狀態；若存在1至2個參數估計值的檢驗結果不拒絕存在一個單位根的原假設，則對大跨橋梁結構的整體抗側力性能進行黃色預警，并密切跟蹤各參數估計值月變化特征的ADF單位根檢驗結果；若存在3至4個參數估計值的檢驗結果不拒絕存在一個單位根的原假設，則對大跨橋梁結構的整體抗側力性能進行橙色預警，并派橋梁檢修人員對橋梁結構關鍵構件和部位進行現場檢測，根據檢測結果采取應對措施；若存在4個以上參數估計值的檢驗結果不拒絕存在一個單位根的原假設，則對大跨橋梁結構的整體抗側力性能進行紅色預警，并派橋梁專業人員對橋梁結構的整體抗側力性能進行安全評估和決策。