[發(fā)明專利]基于應(yīng)變滑動(dòng)空間相關(guān)模型的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)交叉診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210377068.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114741643B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洋;常亮;閆嘯坤;李元濤;程為;韓令奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);中鐵建大橋工程局集團(tuán)第四工程有限公司;國(guó)能運(yùn)輸技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F17/10
• 分類號(hào): G06F17/10;G06F17/16;G01M99/00;G01B11/16
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 王新雨

1.基于應(yīng)變滑動(dòng)空間相關(guān)模型的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)交叉診斷方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟一：將分布式傳感光纖布設(shè)在橋梁主梁上，獲取主梁結(jié)構(gòu)密集測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將適當(dāng)長(zhǎng)度的主梁區(qū)段及該區(qū)段關(guān)于橋梁縱橋向?qū)ΨQ軸對(duì)稱的區(qū)域劃分為一個(gè)空間窗；所述空間窗的劃分方法為：

(1)將靠近橋梁端部的空間窗邊界稱為外邊界，遠(yuǎn)離橋梁端部的空間窗邊界稱為內(nèi)邊界；將空間窗內(nèi)的兩個(gè)相互對(duì)稱的主梁區(qū)段分別稱為左側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域；如果空間窗還未開(kāi)始滑動(dòng)，則將外邊界設(shè)置為橋梁端部；如果空間窗已經(jīng)開(kāi)始滑動(dòng)，則將外邊界設(shè)置為上一次空間窗所在位置的內(nèi)邊界；

(2)按下式計(jì)算空間窗內(nèi)邊界所有可能位置對(duì)應(yīng)的空間窗長(zhǎng)度判別指標(biāo)，

式中，C^r為空間窗長(zhǎng)度判別指標(biāo)；為分布式應(yīng)變空間相關(guān)模型參數(shù)；cov(·)為矩陣的協(xié)方差計(jì)算函數(shù)；為空間窗左側(cè)區(qū)域第j個(gè)測(cè)點(diǎn)在i時(shí)刻的應(yīng)變測(cè)量值；為i時(shí)刻空間窗右側(cè)區(qū)域第j個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變測(cè)量值；n為空間窗左側(cè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)變測(cè)點(diǎn)總數(shù)；

(3)C^r最小時(shí)的內(nèi)邊界為最優(yōu)內(nèi)邊界，由外邊界和最優(yōu)內(nèi)邊界完成該空間窗的劃分；

步驟二：構(gòu)建步驟一所劃分空間窗內(nèi)分布式應(yīng)變的空間相關(guān)模型，以該模型的應(yīng)變殘差為基礎(chǔ)，計(jì)算該空間窗對(duì)應(yīng)主梁區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子；所述橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子的計(jì)算方法為：

(1)按下式建立窗內(nèi)分布式應(yīng)變的空間相關(guān)模型，

式中，為空間窗內(nèi)結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)變的估計(jì)值；為空間窗內(nèi)結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)變的估計(jì)值；

(2)按下式計(jì)算窗內(nèi)分布式應(yīng)變空間相關(guān)模型的殘差e_PU和e_UP，

和為中間變量，無(wú)具體含義；

(3)將空間窗均勻劃分為多個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域的模型殘差如下式所示，

式中，為空間窗左側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域的應(yīng)變殘差向量；為空間窗左側(cè)區(qū)域內(nèi)第n個(gè)測(cè)點(diǎn)在第s時(shí)刻的應(yīng)變殘差值，該測(cè)點(diǎn)屬于第v個(gè)待診斷區(qū)域；為空間窗右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域的應(yīng)變殘差向量；為空間窗右側(cè)區(qū)域內(nèi)第n個(gè)測(cè)點(diǎn)在第s時(shí)刻的應(yīng)變殘差值，該測(cè)點(diǎn)屬于第v個(gè)待診斷區(qū)域；

(4)按下式計(jì)算左側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子，

式中，Y_PU,v、Y_UP,v分別為空間窗左側(cè)和右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子；分別為的均值向量；diag(·)為矩陣主對(duì)角線上的元素提取函數(shù)；

步驟三：以步驟一所劃分空間窗內(nèi)對(duì)稱區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子為基礎(chǔ)，采用交叉診斷方法實(shí)現(xiàn)該橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)稱區(qū)域的狀態(tài)診斷；所述的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)交叉診斷方法為：

(1)采集參考狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子，并將橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子從小到大排列，如下式所示，

式中，為空間窗右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域由小到大排列的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子序列中的第s個(gè)值；為空間窗左側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域由小到大排列的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子序列中的第s個(gè)值；

(2)按下式計(jì)算空間窗左側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷閾值，

式中，TY_v,PU、TY_v,UP分別為空間窗左側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域和空間窗右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷閾值；分別為空間窗左、右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域由小到大排列的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子序列中取統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)95％置信概率的分位數(shù)；

(3)按下式實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的診斷，

y′_v,PU＞TY_v,PU (8)

y′_v,UP＞TY_v,UP (9)

式中，y′_v,PU、y′_v,UP分別為待診斷狀態(tài)下空間窗左側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域和空間窗右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷因子；

若公式(8)成立，則記錄空間窗左側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域異常，若公式(9)成立，則記錄空間窗右側(cè)區(qū)域第v個(gè)待診斷區(qū)域異常，

(4)按公式(8)和(9)可對(duì)所有待診斷區(qū)域進(jìn)行診斷，如果空間窗左側(cè)各個(gè)待診斷區(qū)域均有異常，而右側(cè)僅有部分待診斷區(qū)域異常，則可判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生在空間窗右側(cè)出現(xiàn)異常的待診斷區(qū)域；如果空間窗右側(cè)各個(gè)待診斷區(qū)域均有異常，而左側(cè)僅有部分待診斷區(qū)域異常，則可判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生在空間窗左側(cè)出現(xiàn)異常的待診斷區(qū)域；

步驟四：從橋梁端部開(kāi)始不斷滑動(dòng)空間窗，并重復(fù)步驟一～步驟三，最終使空間窗遍歷主梁全域，實(shí)現(xiàn)主梁所有區(qū)域的結(jié)構(gòu)狀態(tài)診斷。