[發明專利]一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法

在審

• 申請號: 202110386090.2
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113175987A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 丁幼亮;張小楠;趙瀚瑋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00;G01D21/02;G08B21/18;G06F17/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 紀德虎

1.一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：獲取橋梁固有頻率與環境溫度數據；

步驟2：分析固有頻率與環境溫度的相關性；

步驟3：計算固有頻率-環境溫度數據散點至線性相關性擬合曲線的垂直距離；

步驟4：建立垂直距離概率模型；

步驟5：計算不同環境溫度下的固有頻率預警閾值，若某一環境溫度下的實測固有頻率超過了預警閾值，則表明橋梁結構動力特性發生異常，此時需要進行橋梁動力特性異常的報警。

2.根據權利要求1所述的一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法，其特征在于，步驟1中，獲取橋梁固有頻率與環境溫度數據的方法如下：

橋梁安裝加速度傳感器和環境溫度傳感器，實時采集橋梁結構每天各個時間段的振動加速度及環境溫度數據；

選擇成橋后某段時間的加速度數據進行頻譜分析，獲得加速度響應自功率譜曲線，識別功率譜曲線峰值，獲得橋梁固有頻率范圍；選取與固有頻率同一時刻的環境溫度，建立固有頻率-環境溫度數據散點。

3.根據權利要求2所述的一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法，其特征在于，步驟2中，分析固有頻率與環境溫度的相關性的方法如下：

對于步驟1獲得的橋梁某階固有頻率-環境溫度數據散點，采用公式(1)，即以最小二乘法為原理的線性擬合函數，進行固有頻率與環境溫度的相關性擬合分析：

f_m(T)＝p₀+p₁T

(1)

式中：f_m為通過振動加速度數據得到的固有頻率；T為對應環境平均溫度；p₀、p₁為線性擬合系數。

4.根據權利要求3所述的一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法，其特征在于，步驟3中，計算固有頻率-環境溫度數據散點至線性相關性擬合曲線的垂直距離的方法如下：

以步驟2所獲得的橋梁某階固有頻率與溫度的線性相關性擬合曲線為對象，根據公式(2)得到步驟2分析中所用到的固有頻率-環境溫度數據散點至線性相關性擬合曲線的垂直距離：

式中：d為固有頻率-環境溫度數據散點至線性相關性擬合曲線的垂直距離；Ax+By+C＝0為固有頻率與溫度相關性擬合的線性方程；x₀為環境溫度，y₀為固有頻率。

5.根據權利要求4所述的一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法，其特征在于，步驟4中，建立垂直距離概率模型的方法如下：

以獲得的垂直距離數據為樣本建立垂直距離概率模型，對垂直距離概率模型進行分布擬合，得到概率模型所服從的分布，并獲得其累計分布函數(CDF)及標準差δ。

6.根據權利要求5所述的一種考慮環境溫度變異的橋梁動力特性異常預警方法，其特征在于，步驟5中，計算不同環境溫度下的固有頻率預警閾值的方法如下：

基于步驟4所獲得的累計分布函數CDF及標準差δ，以公式(3)即累積分布函數在95％保證率所對應的垂直距離d_max作為計算固有頻率預警閾值的參數；

d_max＝95％CDF+δ (3)

將步驟2中所獲得的某階固有頻率與溫度的線性相關性擬合曲線沿其法向平移±d_max獲得預警時的固有頻率與溫度的線性相關性擬合曲線，其線性方程通過公式(4)計算可得；

式中：d_max為公式(3)中累積分布函數95％保證率對應的垂直距離；A、B和C為公式(2)中所用到的平移之前固有頻率與溫度相關性擬合的線性方程的系數；x為環境溫度，y為固有頻率；

公式(4)所獲得的兩條線性曲線方程界定了固有頻率-環境溫度數據散點的范圍，并得到不同環境溫度下的固有頻率預警閾值。