[发明专利]增强桥梁健康监测结构响应和温度数据相关性收敛的方法

说明书

本发明公开一种增强桥梁健康监测结构响应和温度数据相关性收敛方法，包括：步骤（1）：获取桥梁健康监测系统温度数据及其在时间上对应的结构响应数据；步骤（2）：利用best‑smooth算法对监测数据光滑处理；步骤（3）：使用傅里叶级数原理消除监测数据时滞效应对数据间相关性的影响，同时减小两种数据信号各自频率成分对相关性关系的发散作用；步骤（4）：采用多元线性回归法计算等效温度并计算消除时滞后结构响应数据和等效温度数据间的相关性系数。本发明可以有效地消除数据随机波动、时滞效应、频率成分等因素对相关性关系的影响，从而增强桥梁健康监测系统结构响应与温度数据间相关性的收敛，对桥梁健康监测预警和评估有着重要的意义。

技术领域

本发明属于桥梁健康监测数据相关性分析研究领域，涉及一种温度作用下桥梁结构响应相关性分析方法。

背景技术

桥梁健康监测系统数据相关性分析是桥梁结构分析研究的重要内容，环境荷载是桥梁结构主要荷载之一。温度荷载特性分析是桥梁结构设计、施工、运营的重要工作。温度作用下的结构响应与其相关性分析，能够得到响应在温度荷载作用下的内在规律，对桥梁结构的评估和预警有着重要的意义。环境荷载具有很强的规律性，在天气良好的情况下，一般呈现‘类正弦’型变化趋势，诸多结构几何线性变化监测数据(如挠度、位移、倾角等)在温度作用下有着较为明显的相关关系。

近年来随着桥梁健康监测技术的发展，健康监测系统被广泛应用与桥梁结构，因而可以直接获取桥梁在实测荷载作用下的结构响应数据从而有效避免传统的理论推导、有限元模拟和风洞试验存在初始参数赋值偏差、初始边界条件设定偏差以及次要影响因素的不恰当忽略的问题。然而目前，国内外对结构响应和温度相关性影响因素以及如何消减干扰获得更加收敛相关性关系的研究工作不足。温度作用下结构构件响应的真实相关性规律仍然未知，迫切需要一种能够消除或者减小对监测数据间相关性发散干扰的有效方法。

发明内容

发明目的：本发明提供一种可以有效消除监测数据时滞效应和减小数据间频率差异对相关性的影响，最终得到等效温度和结构响应间良好相关关系，更加快捷有效的增强桥梁健康监测结构响应和温度数据相关性收敛的方法。

技术方案：本发明的增强桥梁健康监测结构响应和温度数据相关性收敛的方法，包括以下步骤：

第一步：获取健康监测系统温度数据及其在时间上对应的结构响应数据，包括结构响应数据时间序列f_sr，温度数据时间序列x_ij，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，其中，i表示传感器编号，j表示数据长度，m为时程数据的条数，n为每条时程数据的个数；

第二步：使用best-smooth数据波动性消减算法分别对健康监测系统温度数据f_temp和对应的结构响应数据f_sr进行光滑处理，得到光滑处理后的温度数据f_temp，_smooth和结构响应数据f_sr，smooth；

第三步：利用傅里叶级数消除时滞效应并减小频率差异对监测数据间相关性关系的影响，具体流程为：

(1)首先使用傅里叶级数对第二步中得到的数据f_sr，smooth，f_{temp，smooth}进行频率分解，得到数据信号频率成分参量，具体流程为：

1)根据下式计算初始参量u₁和临时参量u₂：

其中，f_i代表数据在λ_i处的值，λ_i为数据位置，k是正弦信号阶数；

2)根据下式计算傅里叶因子的余弦系数a_k和正弦系数b_k：