[發明專利]基于高密度測點應變的大跨徑橋梁吊索索力識別方法

有效

• 申請號: 202210377066.7
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114741923B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 劉洋;閆嘯坤;常亮;李元濤;程為;韓令奇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司;國能運輸技術研究院有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F30/13;G06N3/0464;G06N3/08;G06F16/215;G01M5/00;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

1.一種基于高密度測點應變的大跨徑橋梁吊索索力識別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一：依托橋梁結構有限元模型獲取主梁結構應變和吊索索力數據，利用去噪自編碼器提取主梁結構應變特征，利用一維深度卷積神經網絡獲取主梁結構應變特征與吊索索力的相關關系，實現大跨徑橋梁主梁結構應變-吊索索力相關模型的構建；

步驟二：利用分布式傳感光纖獲取主梁結構高密度測點應變監測數據，以步驟一建立的主梁結構應變-吊索索力相關模型為基礎，實現大跨徑橋梁所有實際吊索索力的估算；

步驟三：利用大跨徑橋梁部分吊索索力傳感器獲取的監測數據，以B樣條插值方法為基礎，修正步驟二獲得的大跨徑橋梁所有吊索索力的估算值，實現大跨徑橋梁所有吊索索力的識別；

步驟一所述的大跨徑橋梁主梁結構應變-吊索索力相關模型的構建方法為：

步驟一一：建立大跨徑橋梁結構的有限元模型，施加交通流和溫度統計得到的車輛荷載和溫度荷載，獲取多個時刻下該模型主梁結構各個節點的應變，如下式所示，

式中，為有限元模型中第i個時刻下主梁結構第j個節點的應變值；為有限元模型中第i個時刻下主梁結構的應變向量；N為有限元模型中主梁結構的節點總數；

步驟一二：利用去噪自編碼器算法的編碼過程提取主梁結構應變的特征，如下式所示，

式中，為由有限元模型第i個時刻下主梁結構的應變向量構造的特征，即主梁結構應變特征；f^Q(·)為去噪自編碼器的編碼過程；

步驟一三：利用卷積神經網絡模型，構造主梁結構應變特征和有限元模型所有吊索索力的相關模型，如下式所示，

式中，為有限元模型中第i個時刻下橋梁吊索索力估算值；為有限元模型中第i個時刻下橋梁第u根吊索索力估算值；f^C(·)為卷積神經網絡模型；

步驟一四：由公式(2)和(3)構建橋梁主梁結構應變-吊索索力相關模型，如下式所示，

步驟二所述的大跨徑橋梁所有實際吊索索力的估算方法為：

步驟二一：利用分布式傳感光纖獲取主梁結構高密度測點應變監測數據，如下式所示，

式中，為第i個時刻下主梁結構第o個測點的實際應變監測值；為第i個時刻下主梁結構的實測應變向量；

步驟二二：利用步驟一建立的主梁結構應變-吊索索力相關模型，估算橋梁所有實際吊索索力，如下式所示，

式中，為第i個時刻下橋梁實際吊索索力估算值向量；為第i個時刻下橋梁第p根吊索實際索力估算值。

2.根據權利要求1所述的基于高密度測點應變的大跨徑橋梁吊索索力識別方法，其特征在于，步驟三所述的大跨徑橋梁吊索索力估算值的修正方法為：

步驟三一：利用大跨徑橋梁部分吊索上安裝的索力傳感器獲取部分索力監測數據，如下式所示，

式中，為第i個時刻下大跨徑橋梁索力傳感器的監測數據；為第i個時刻下橋梁第m根安裝索力傳感器的吊索索力監測值；

步驟三二：由公式(6)得安裝索力傳感器的吊索的索力估算值，如下式所示，

式中，為第i個時刻下安裝索力傳感器的吊索的索力估算值向量；為第i個時刻下橋梁第m根安裝索力傳感器的吊索索力估算值；

步驟三三：計算安裝索力傳感器的吊索索力估算值與實際監測值的誤差，如下式所示，

式中，為第i個時刻下安裝索力傳感器的吊索索力估算值與實際監測值的誤差向量；為第i個時刻下橋梁第m根安裝索力傳感器的吊索索力估算值與實際監測值的誤差；

步驟三四：以為待擬合數據，利用B樣條曲線擬合各個位置處的吊索索力估算誤差，如下式所示，

式中，為第i個時刻下B樣條曲線擬合得到的吊索索力估算誤差向量；為B樣條曲線擬合得到的第i個時刻下橋梁第z根吊索的索力估算誤差；

步驟三五：按下式計算大跨徑橋梁吊索索力的修正后估算值，

式中，為第i個時刻下橋梁實際吊索索力的修正后估算值向量；為第i個時刻下橋梁第d根吊索實際索力的修正后估算值。