[發(fā)明專利]一種基于兩階段數(shù)據(jù)融合的預(yù)應(yīng)力張弦桁架損傷識別方法

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• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110298143A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾濱;周臻;張慶方;許慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中冶建筑研究總院有限公司;中國京冶工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 北京雙收知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11241
• 代理人: 解政文

本發(fā)明將兩階段數(shù)據(jù)融合理論引入預(yù)應(yīng)力張弦桁架損傷識別中，解決了預(yù)應(yīng)力張弦桁架運用單損傷指標(biāo)識別精度低以及已有張弦桁架數(shù)據(jù)融合損傷識別方法仍不理想的問題，提高了預(yù)應(yīng)力張弦桁架的損傷識別精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于預(yù)應(yīng)力張弦桁架的損傷識別領(lǐng)域，涉及一種基于模態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的兩階段數(shù)據(jù)融合的預(yù)應(yīng)力張弦桁架損傷識別方法。

背景技術(shù)

預(yù)應(yīng)力張弦桁架是由上部剛性桁架與下部柔性拉索通過中部撐桿組合而成的一種自平衡體系，其具有受力合理、承載能力高、造型輕盈、跨度大等優(yōu)點，在國內(nèi)外的體育館、候車廳、展覽廳、高鐵站房等大跨鋼屋蓋結(jié)構(gòu)中成功運用，成為目前應(yīng)用最為廣泛的一種大跨預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)形式。

張弦桁架一般規(guī)模大、服役期限長，所處環(huán)境狀況復(fù)雜，受到的載荷作用具有隨機性，發(fā)生損傷的潛在危險性較大，并且損傷難以用肉眼分辨，因此往往就會使得損傷構(gòu)件得不到及時處理和加固。在這種情況下?lián)p傷會持續(xù)對結(jié)構(gòu)的正常使用產(chǎn)生影響，甚至引發(fā)連續(xù)倒塌，產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外曾發(fā)生過多起大跨鋼屋蓋或頂棚的嚴(yán)重破壞或整體倒塌事故因此研究張弦桁架在運營期的損傷識別具有重要的現(xiàn)實意義。

基于模態(tài)數(shù)據(jù)的損傷識別指標(biāo)可以有效的結(jié)構(gòu)損傷，并在橋梁結(jié)構(gòu)和多、高層結(jié)構(gòu)中得到較多應(yīng)用。但由于張弦桁架中存在拉索、撐桿和桁架等不同類型桿件，桿件類型繁多，其受力機理復(fù)雜，損傷識別與常規(guī)橋梁式結(jié)構(gòu)或多高層建筑結(jié)構(gòu)存在明顯差異。發(fā)明人前期試驗和理論分析研究亦表明，傳統(tǒng)的損傷識別指標(biāo)應(yīng)用于張弦桁架中存在一定程度的誤判行為，識別精度受到限制。

基于數(shù)據(jù)融合的損傷識別方法可以提高損傷識別精度，國內(nèi)外學(xué)者開展了深入研究。然而由于張弦桁架結(jié)構(gòu)的特殊性，一方面針對其的數(shù)據(jù)融合損傷識別方法研究尚未形成完整體系，另一方面已有數(shù)據(jù)融合研究方法仍會受到非損傷位置處的干擾，識別效果不理想。

為了滿足張弦桁架健康監(jiān)測需求，針對張弦桁架基于模態(tài)數(shù)據(jù)的單損傷指標(biāo)識別效果不佳以及已有基于數(shù)據(jù)融合損傷識別方法仍不理想的問題，本發(fā)明將“兩階段數(shù)據(jù)融合方法”同“張弦桁架損傷識別”相結(jié)合，即運用D-S證據(jù)矩陣規(guī)則進(jìn)行兩階段的數(shù)據(jù)融合識別張弦桁架損傷，首先對張弦桁架單損傷識別指標(biāo)進(jìn)行指標(biāo)間的數(shù)據(jù)融合，基于此再次利用數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則進(jìn)行指標(biāo)間的數(shù)據(jù)融合，得到最終的張弦桁架損傷判斷指標(biāo)。該方法提高了預(yù)應(yīng)力張弦桁架損傷識別精度，并且為損傷識別技術(shù)在張弦桁架實際工程中的應(yīng)用提供理論方法和技術(shù)支撐。

本發(fā)明將兩階段數(shù)據(jù)融合理論引入預(yù)應(yīng)力張弦桁架損傷識別中，解決了預(yù)應(yīng)力張弦桁架運用單損傷指標(biāo)識別精度低以及已有張弦桁架數(shù)據(jù)融合損傷識別方法仍不理想的問題，從以下幾方面提高了預(yù)應(yīng)力張弦桁架的損傷識別精度：

(1)本發(fā)明在進(jìn)行單損傷識別指標(biāo)計算時，選取了適用于張弦桁架的基準(zhǔn)損傷識別指標(biāo)體系，提高了張弦桁架單損傷指標(biāo)的識別精度，為數(shù)據(jù)融合方法提供了良好的融合基礎(chǔ)。

(2)本發(fā)明選取D-S證據(jù)矩陣?yán)碚撟鳛槿诤蠝?zhǔn)則。D-S證據(jù)矩陣?yán)碚撈浔举|(zhì)為決策層融合方法，具有通信量小、實時性好、傳輸帶寬低、抗干擾能力強、和容錯性高等優(yōu)點，且適合于無先驗知識的融合，因此適合于張弦桁架結(jié)構(gòu)的損傷檢測。其能夠綜合反映單損傷指標(biāo)的識別結(jié)果，能夠提高損傷識別的準(zhǔn)確度。

(3)本發(fā)明將“兩階段融合思想”與“D-S證據(jù)矩陣數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則”相結(jié)合，相比已有數(shù)據(jù)融合方法，其通過兩階段的數(shù)據(jù)融合進(jìn)一步降低非損傷位置處的干擾，消除不利因素的影響，可以有效地提高損傷識別的準(zhǔn)確性，判斷出損傷位置。

(4)本發(fā)明所涉及到的單損傷識別方法以及兩階段數(shù)據(jù)融合損傷識別方法均可以根據(jù)已有研究和理論公式在各編程軟件中實現(xiàn)高效的求解，該方法操作簡單，易于理解。該方法具有節(jié)約人力成本，降低人員檢測安全風(fēng)險的優(yōu)點，具有很強的實用性。

(5)將本發(fā)明的基于兩階段數(shù)據(jù)融合的預(yù)應(yīng)力張弦桁架損傷識別方法應(yīng)用到實際張弦桁架健康監(jiān)測之中，可以及時發(fā)現(xiàn)損傷，能夠使結(jié)構(gòu)處于相對安全的狀態(tài)，為實現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)全壽命周期設(shè)計和維護(hù)提供了一種有效的手段。