[发明专利]基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法

权利要求书

1.一种基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法，其特征在于，将桥梁或构件看作一个复杂系统，建立不同损伤工况条件下的桥梁或构件的非线性动力学有限元模型；获取有限元模型在不同损伤工况条件下各监测测点的加速度和动位移，提取其复杂性特征指标；结合有限元模型监测测点，获取在役桥梁或构件相同位置上的加速度和动位移，并提取其复杂性特征指标；采用提取有限元模型和在役桥梁或构件的复杂性特征指标相互对比分析，构建在役桥梁或构件安全状态预测模型；采用在役桥梁或构件安全状态预测模型并结合在役桥梁或构件各周期的监测数据，对在役桥梁或构件在各个周期的安全状态进行预测。

2.根据权利要求1所述基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法，其特征在于，将桥梁或构件看作一个复杂系统，建立不同损伤工况条件下的桥梁或构件的非线性动力学有限元模型，包括，不同损伤工况的划分要包含所有桥梁或构件损伤劣化的方式，并以不同的损伤程度进行划分；通过对不同损伤工况条件下结构非线性特性的分析，建立非线性动力学模型：

[M]{x··}+[C]{x·}+[K]{x}={F(t)}]]>

其中，[M]、[C]和[K]分别是质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和{x}分别是加速度向量、速度向量和位移向量；{F(t)}是载荷向量，即激励阵。

3.根据权利要求1所述基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法，其特征在于，获取有限元模型在不同损伤工况条件下各监测测点的加速度和动位移，提取其复杂性特征指标，包括，测点的布置原则主要通过对结构受力分析，确定出结构振动剧烈或是非线性特征强的部位，而且每个工况下的监测测点位置要保持一致，然后，分别获取有限元模型相应部位的加速度和动位移，再提取各测点的复杂性特征指标；所述复杂性特征指标包括：时间延迟、嵌入维、最大L指数、分形维数、相空间pioncare截面半径。

4.根据权利要求1所述基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法，其特征在于，结合有限元模型监测测点，获取在役桥梁或构件相同位置上的加速度和动位移，并提取其复杂性特征指标，包括，在役桥梁或构件监测测点的布置位置与有限元模型监测测点的位置一一对应，同时获取在役桥梁或构件各个测点的加速度和动位移，并提取与有限元模型相同的复杂性特征指标；所述复杂性特征指标包括：时间延迟、嵌入维、最大L指数、分形维数、相空间pioncare截面半径。

5.根据权利要求1所述基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法，其特征在于，采用提取有限元模型和在役桥梁或构件的复杂性特征指标相互对比分析，构建在役桥梁或构件安全状态预测模型，包括，所述在役桥梁或构件安全状态预测模型为：

R(t)↔Hc(t)]]>

其中，R(t)为在役桥梁或构件的结构参数指标，H_c(t)为时变复杂性特征指标，表示映射关系。

6.根据权利要求1所述基于复杂系统理论的桥梁或构件安全状态预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将桥梁或构件看作一个复杂系统，建立不同损伤工况条件下的桥梁或构件的非线性动力学有限元模型，包括，不同损伤工况的划分要包含所有桥梁或构件损伤劣化的方式，并以不同的损伤程度进行划分；通过对不同损伤工况条件下结构非线性特性的分析，建立非线性动力学模型：

[M]{x··}+[C]{x·}+[K]{x}={F(t)}]]>

其中，[M]、[C]和[K]分别是质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和{x}分别是加速度向量、速度向量和位移向量；{F(t)}是载荷向量，即激励阵；

S2、获取有限元模型在不同损伤工况条件下各监测测点的加速度和动位移，提取其复杂性特征指标，包括，测点的布置原则主要通过对结构受力分析，确定出结构振动剧烈或是非线性特征强的部位，而且每个工况下的监测测点位置要保持一致，然后，分别获取有限元模型相应部位的加速度和动位移，再提取各测点的复杂性特征指标；所述复杂性特征指标包括：时间延迟、嵌入维、最大L指数、分形维数、相空间pioncare截面半径；

S3、结合有限元模型监测测点，获取在役桥梁或构件相同位置上的加速度和动位移，并提取其复杂性特征指标，包括，在役桥梁或构件监测测点的布置位置与有限元模型监测测点的位置一一对应，同时获取在役桥梁或构件各个测点的加速度和动位移，并提取与有限元模型相同的复杂性特征指标；所述复杂性特征指标包括：时间延迟、嵌入维、最大L指数、分形维数、相空间pioncare截面半径；

S4、采用提取有限元模型和在役桥梁或构件的复杂性特征指标相互对比分析，构建在役桥梁或构件安全状态预测模型，包括，所述在役桥梁或构件安全状态预测模型为：

R(t)↔Hc(t)]]>

其中，R(t)为在役桥梁或构件的结构参数指标，H_c(t)为时变复杂性特征指标，表示映射关系；

S5、采用在役桥梁或构件安全状态预测模型并结合在役桥梁或构件各周期的监测数据，对在役桥梁或构件在各个周期的安全状态进行预测。