[發明專利]梁橋支座群脫空病害的聯合概率密度函數差診斷方法

有效

• 申請號: 202111050543.0
• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113705721B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 劉洋;姜玉印
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中鐵大橋局集團有限公司
• 主分類號: G06F18/23
• 分類號: G06F18/23;E01D19/04
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種梁橋支座群脫空病害的聯合概率密度函數差診斷方法，該方法采用無線傾角儀構建梁橋支座群無線監測網絡，獲取各支座測點的轉角位移監測數據，將梁橋支座群支座按對稱性關系劃分為若干聚類組，利用參考狀態下和待診斷狀態下同一聚類組內支座兩兩間的聯合概率密度函數差計算脫空診斷因子，采用參考狀態下同一聚類組內支座兩兩間的聯合概率密度函數差計算脫空診斷因子閾值，通過各支座的脫空診斷因子與對應脫空診斷因子閾值的比較，結合梁橋支座群支座測點平面位置，判斷梁橋支座群是否出現脫空病害，并確定出現脫空病害的支座位置。本發明適用于解決實際運營的梁橋支座群脫空病害監測與診斷問題。

技術領域

本發明屬于實際運營中梁橋結構支座脫空病害的健康監測領域，涉及一種梁橋支座群脫空病害的聯合概率密度函數差診斷方法。

背景技術

橋梁支座是橋梁上部結構與下部結構之間起荷載傳遞、變形協調、保證橋體安全的重要結構裝置。支座脫空是最嚴重的支座病害，對橋梁結構受力的影響極大，嚴重妨礙了橋梁結構在運營期間的安全性、完整性和適用性，急需采用有效的技術手段對橋梁支座的脫空病害進行監測和準確的診斷。目前，橋梁支座的病害檢測工作大多為橋梁支座的定期巡檢，檢測方法上雖然有人工觀察、圖像抓拍以及基于深度學習的圖像特征識別等，但是其本質均為對支座的外觀進行直接觀測，受支座所處位置和環境的影響，其觀測結果的準確性難以保證。此外，還有基于橋梁結構動力響應的支座病害檢測方法，但是動力響應數據的獲取對設備的要求極高，受限于檢測設備的成本高、功耗大、安裝繁瑣、布線困難等制約，該法僅作為專項的檢測手段使用。在橋梁支座的病害監測上，研究工作集中在兩個方面：將各類傳感器安裝在橋梁支座內部對壓力等參數進行直接監測和在橋梁支座外部布置位移傳感器對位移等參數進行直接監測。前者破壞了支座的結構，支座的功能發揮受限，且處于高應力作用下的傳感器的存活率低，壽命短，使其研究成果僅停留在實驗室階段；后者為實際工程應用較多的監測方法，常采用拉繩位移計、千分表等位移傳感器對處于梁端的某些支座的位移進行監測，更多的是考慮在溫度效應下梁體的縱向變形，對支座脫空病害的診斷幫助不大。同時注意到，梁橋中所有的支座(支座群)共同構成橋梁結構的邊界條件，單個支座出現脫空病害將直接改變整個結構的邊界條件，然而現有的橋梁支座的檢測和監測方法均是對單個支座狀態進行分析和評估，無法考慮支座脫空病害對整個橋梁結構的影響。由此可見，支座脫空作為嚴重影響橋梁結構安全的病害類型，尚未出現有效的技術手段解決支座脫空病害診斷問題。近年來，隨著無線感測技術的興起，橋梁支座脫空病害監測有了新的技術手段，可以利用無線傳感器網絡低功耗、自組網、無線傳輸的特點對梁橋支座群進行長期在線的多點監測，并通過監測數據分析解決梁橋支座群脫空病害的診斷問題。

發明內容

為了解決實際運營中梁橋支座群脫空病害監測方法匱乏、診斷結果準確性低的問題，本發明提供了一種梁橋支座群脫空病害的聯合概率密度函數差診斷方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種梁橋支座群脫空病害的聯合概率密度函數差診斷方法，包括如下步驟：

步驟一：在梁橋的所有支座處安裝無線傾角儀，組建梁橋支座群無線傳感器監測網絡，獲取各支座測點處X、Y兩個方向的轉角位移監測數據，并利用梁橋支座群中支座位置的對稱性關系，對支座群中的支座進行聚類劃分并劃分為若干聚類組；

步驟二：對同一聚類組內各支座測點，選取合適的時間節點將監測數據分為參考狀態監測數據和待診斷狀態監測數據，計算各支座測點參考狀態下和待診斷狀態下的線性歸一化后的聯合概率密度矩陣；

步驟三：對步驟二中同一聚類組內各支座測點參考狀態下的線性歸一化后聯合概率密度矩陣，利用留一交叉驗證的方法，計算參考狀態下該聚類組各支座測點兩兩間的聯合概率密度函數差矩陣，去除對角線元素，取矩陣每一行的均值并乘以保證系數作為該聚類組中對應支座測點的脫空診斷因子閾值；