[發明專利]一種基于長期監測數據的結構可靠度評估預測方法及系統

在審

• 申請號: 202010807445.6
• 申請日: 2020-08-12
• 公開（公告）號: CN111931407A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 夏云霞;孟憲春;倪一清
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/18;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本公開提供一種基于長期監測數據的結構可靠度評估預測方法及系統，涉及土木結構監測領域，充分利用海量監測數據分別對被監測構件和未監測構件進行分析；通過結構的有限元模型建立起兩者之間的聯系：將監測得到的荷載施加于結構有限元模型上得到未監測構件的荷載效應，從而使得整個結構所有構件的可靠度得以分析；充分利用海量健康監測數據，可更準確、全面地評估和預測土木結構可靠度：除了結構強度的退化，還考慮了荷載效應的長期變化對結構可靠度評估結果的影響；同時利用結構的整體和局部響應數據分別從構件和結構體系兩個層面評估結構可靠度。

技術領域

本公開涉及土木結構監測領域，特別涉及一種基于長期監測數據的結構可靠度評估預測方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

結構健康監測技術在土木工程領域廣泛應用，系統長年運行積累了海量數據，包括交通、風、溫度等荷載和加速度、位移、應變結構響應數據，但是基于這些數據分析結構安全服役狀況并有效指導日常管理、養護工作成為當前亟待解決的實際問題。

在結構狀態評估中不確定性問題不可避免，如荷載，荷載效應，構件的材料、幾何特性，結構的退化機理等都是隨機變量。為確保評估結果的準確性，有必要對這些隨機變量進行量化描述。結構可靠度理論為描述工程中固有的不確定性提供了一套科學方法。它通過抗力和荷載效應的概率分布研究結構的失效概率，通常用可靠度指標表示。而健康監測數據恰恰可用于得到荷載效應的概率分布，并為抗力分布提供必要信息。

發明人發現，目前采用的預測方法中，通過荷載、材料收縮及徐變影響下的剛度衰減系數更新結構的抗力分布函數，從而得到結構可靠度的演化規律和結構的剩余使用壽命。然而，結構可靠度評估的兩大要素，除了抗力還有荷載效應。這種方法側重于考慮抗力的退化，對結構服役期內荷載效應的變化并未作考慮；另一種評估方法，通過對撓度數據進行數理統計評估橋梁的剛度可靠度。但撓度響應是橋梁的整體性響應，它對結構的局部破壞不太敏感。當從撓度響應覺察到橋梁安全狀態變化時，結構的破壞很可能已經非常嚴重，已構成對人民生命財產安全的巨大威脅。

發明內容

本公開的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種基于長期監測數據的結構可靠度評估預測方法及系統，充分利用海量健康監測數據，可更準確、全面地評估和預測土木結構可靠度：除了結構強度的退化，還考慮了荷載效應的長期變化對結構可靠度評估結果的影響；同時利用結構的整體和局部響應數據分別從構件和結構體系兩個層面評估結構可靠度。

本公開的第一目的是提供一種基于長期監測數據的結構可靠度評估預測方法，包括以下步驟：

獲取長期監測數據進行預處理得到荷載效應每年的概率分布和極值分布，對監測結構建立有限元模型并校準；

通過有限元模型模擬并確定未監測構件荷載效應每年的概率分布和極值分布；

利用構件和結構的年荷載效應概率分布計算年可靠度指標，對可靠度進行評估，并更新構件和結構的年可靠度指標；

確定抗力的全壽命期退化模型，依托于上述的荷載效應極值分布，預測構件和結構的可靠度指標。

進一步地，獲取對土木結構長期健康監測數據，并進行去噪處理，分離荷載效應信號中的各類載荷對應的信號源，將數據轉化為結構工程物理量，對各類荷載數據進行數理統計，得到每年的概率分布和總體極值分布。

進一步地，對總荷載效應及各類荷載效應進行數理統計，分別得到其每年的概率分布和極值分布。

進一步地，利用各類荷載數據、概率分布和總體極值分布校準有限元模型。

進一步地，獲取各構件及結構初始抗力的概率分布，將結構服役時間離散成以年為單位，計算年可靠度指標。