[發明專利]基于損傷診斷指標非線性窄域特征的橋梁損傷識別方法

有效

• 申請號: 202111328898.1
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114048776B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 劉洋;楊昌熙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06F30/23;G06F30/13;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種基于損傷診斷指標非線性窄域特征的橋梁損傷識別方法，所述方法采用健康狀態下的結構響應數據構建具備非線性窄域特征的結構損傷診斷指標，通過獲得具備非線性窄域特征的結構損傷診斷指標，結合基于K段主曲線算法的分段線性化方法和局部主成分分析方法，構建結構損傷診斷特征，建立結構損傷判別因子，找出其中的損傷閾值。通過帶診斷狀態下的結構損傷判別因子與損傷閾值進行對比，從而判斷橋梁結構是否發生損傷。本發明解決了多種環境因素和荷載作用對多重超靜定橋梁結構運營狀態實時監測的影響，導致橋梁結構損傷識別有效率低的缺點。

技術領域

本發明屬于橋梁結構損傷診斷領域，涉及一種基于損傷診斷指標非線性窄域特征的橋梁損傷識別方法。

背景技術

隨著我國交通運輸網絡的不斷發展與完善，交通路網的分布越加密集，交通基礎設施的建設達到空前的發展高度。在交通運輸網絡中，橋梁結構作為網絡中的重要節點，承擔著重要的角色，橋梁結構的運營安全決定著交通路網是都能夠暢通和高效運營。實際結構為多重超靜定結構，且由于多重環境因素和荷載作用的耦合作用，使得結構響應和模態參數等信息表現出非線性相關性質。當采用這些非線性相關的結構信息構建結構損傷診斷指標進行結構損傷識別時，需要剔除其中的環境和荷載信息，從而有效識別出橋梁結構損傷。因此，如何有效剔除多重環境因素和荷載對非線性相關結構損傷診斷指標的影響，是一個很有實際效益的研究。

針對結構損傷診斷指標為非線性相關時的損傷識別問題，利用損傷診斷指標在歐式空間內的分布特征剔除環境和荷載因素是關鍵，而相關的研究處于空白階段。目前的方法在處理結構損傷診斷指標的非線性問題時往往采用基于核主成分分析的算法，利用核函數將損傷診斷指標映射到高維空間，并在該高維空間內提出環境因素影響。這些方法主要關注核函數處理非線性的能力，而忽略了損傷診斷指標原有的屬性，沒有充分挖掘損傷診斷指標在原歐式空間內的分布規律，從而不能有效的剔除環境因素影響。只有研究結構損傷診斷指標非線性相關時的分布特征，利用該特征剔除環境和荷載因素的影響，從而構建基于該特征的橋梁結構損傷識別方法，才能有效的診斷橋梁結構的實際運營狀態。因此，研究結構損傷診斷指標存在非線性相關關系時的分布特征是有效剔除環境和荷載信息干擾并提高結構損傷識別有效性的關鍵。

發明內容

為了解決多種環境因素和荷載作用對多重超靜定橋梁結構運營狀態實時監測的影響，導致橋梁結構損傷識別有效率低的缺點，本發明提供了一種基于損傷診斷指標非線性窄域特征的橋梁損傷識別方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于損傷診斷指標非線性窄域特征的橋梁損傷識別方法，包括如下步驟：

步驟一：采集橋梁結構處于健康狀態下的結構響應數據，根據結構響應數據建立健康狀態下非線性相關的結構損傷診斷指標；

步驟二：利用步驟一獲得的非線性相關的結構損傷診斷指標，并根據非線性窄域特征的定義，建立非線性相關的結構損傷診斷指標為非線性相關時的非線性窄域特征判別因子；

步驟三：利用步驟二得到的非線性窄域特征判別因子，判斷步驟一建立的非線性相關的結構損傷診斷指標是否具備非線性窄域特征；

步驟四：若步驟三判定非線性相關的結構損傷診斷指標具備非線性窄域特征，則利用基于K段主曲線算法的分段線性化方法，將非線性相關的結構損傷診斷指標轉化為多個近似線性的結構損傷診斷診斷指標，采用局部主成分分析算法剔除近似線性結構損傷診斷指標的環境和荷載因素影響，建立結構損傷診斷特征；若判定非線性相關的結構損傷診斷指標不具備非線性窄域特征，則采用基于核主成分分析的損傷識別方法建立結構損傷診斷特征；

步驟五：利用步驟四得到的結構損傷診斷特征，并根據馬氏距離算法，建立結構損傷判別因子，采用累積二項分布的判別準則，得到基于結構損傷診斷指標非線性窄域特征的橋梁結構損傷識別結果。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：