[發明專利]一種大跨度橋梁上部結構狀態評估方法及系統

有效

• 申請號: 202110596298.7
• 申請日: 2021-05-30
• 公開（公告）號: CN113282988B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 方圣恩;秦勁東
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

本發明涉及一種大跨度橋梁上部結構狀態評估方法及系統，該方法包括以下步驟：（1）采集大跨度橋梁上部結構的相關監測數據并進行預處理，獲取主梁、橋塔和橋索的響應數據；（2）采用3A指標分別對大跨度橋梁上部結構的各類部件進行獨立評估，所述3A指標包括幅值偏移量、異常度和均值波動，得到各類部件的得分；（3）設置主梁、橋塔和橋索的權重系數，結合各類部件的得分計算綜合評價指標；（4）根據綜合評價指標評估大跨度橋梁上部結構當前的狀態。該方法及系統有利于快速、可靠地對大跨度橋梁上部結構的當前狀態進行判斷、評估。

技術領域

本發明屬于橋梁健康監測領域，具體涉及一種大跨度橋梁上部結構狀態評估方法及系統。

背景技術

大跨度橋梁，如斜拉橋、懸索橋等，經過長期運營會由于荷載和環境等因素產生損傷，影響橋梁的安全性和正常使用性能，因此需要進行定期或專項的檢測和維修加固。近年來，許多大跨度橋梁安裝了健康監測系統，用于橋梁運營狀態的評估。然而健康監測系統每天都會產生海量數據，使得評估過程對這些數據的分析和處理十分費時費力。同時如何從海量數據中提取有用的特征或指標，以準確評估橋梁結構當前的真實狀態，一直是橋梁健康評估研究領域中的難題。

目前，常用的評估方法有層次分析法、基于可靠度理論的方法和五度指標評估方法等。層次分析法是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法，通過把復雜問題中的各種因素劃分為相互聯系的有序層次，賦予不同權重，結合專家打分計算橋梁整體狀態的評價值，但由于專家經驗和權重系數的取值均存在主觀性，使得層次分析法帶有較強的定性判斷。同時其更適合于定期評估，無法處理海量數據信息，不便于實時應用?；诳煽慷鹊脑u估方法以概率統計理論為基礎，能考慮荷載和抗力的不確定性，提供較好的理論框架。但應用于復雜橋梁結構時，從結構失效原理出發的可靠度分析方式困難重重，難以確定最不利構件和主要失效模式，功能函數也為難以求解的復雜非線性函數，實踐可操作性和實時性差。五度指標評估方法從探索性預測的角度出發，借鑒證券技術分析方法中的K線技術指標并結合橋梁結構自身的特征進行適當簡化，在現有認識和實際測量數據的基礎上，建立用于橋梁監測和評估的數學模型。通過對監測數據信息進行統計分析，實現對橋梁結構工作狀態的實時安全評估。但實際使用過程中五度指標計算過程較為復雜繁瑣，對數據處理的要求性高，且評估過程未將橋梁的各類部件視為一個體系，難以實現對橋梁體系的綜合性評估。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大跨度橋梁上部結構狀態評估方法及系統，該方法及系統有利于快速、可靠地對大跨度橋梁上部結構的當前狀態進行判斷、評估。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種大跨度橋梁上部結構狀態評估方法，包括以下步驟：

(1)采集大跨度橋梁上部結構的相關監測數據并進行預處理，獲取主梁、橋塔和橋索的響應數據；

(2)采用3A指標分別對大跨度橋梁上部結構的各類部件進行獨立評估，所述3A指標包括幅值偏移量Ao、異常度Ad和均值波動Avf，得到各類部件的得分；

(3)設置主梁、橋塔和橋索的權重系數，結合各類部件的得分計算綜合評價指標；

(4)根據綜合評價指標評估大跨度橋梁上部結構當前的狀態。

進一步地，所述主梁、橋塔的響應數據采用經過濾波降噪處理后的加速度數據，加速度數據均取絕對值；所述橋索的響應數據采用經過濾波降噪處理后的加速度數據，再通過模態參數識別提取基頻和倍頻，然后根據索力公式計算得到的索力值。

進一步地，所述幅值偏移量Ao的計算公式如下：

式中，h表示一個監測周期內響應數據的最大值，max(h,n)表示n個監測周期內響應數據的最大值，mean(h,n)表示n個監測周期內響應數據最大值的平均值。

進一步地，所述異常度Ad的計算公式如下：