[发明专利]正交异性钢桥面板焊接节点实测应力幅动态概率建模方法

说明书

正交异性钢桥面板焊接节点实测应力幅动态概率建模方法，实施流程如下：A.收集传感器数据，获得应变；B.基于雨流计数法得到应力幅、平均应力和循环次数；C.统计分析建立标准日应力谱；D.基于EM算法的参数估计并获得最优概率模型；E.贝叶斯动态更新模型。

技术领域

本发明涉及结构健康监测、正交异性钢桥面板应力分析、概率建模等领域，具体为一种正交异性钢桥面板焊接节点实测应力幅动态概率建模方法。

背景技术

钢桥以高强钢材为主要建造材料，具有自重轻、抗震性能好、延展性强及环境危害小等优点，且适于工厂大规模化生产，便于运输，计算机技术的革新又推进了结构分析方法的发展，加之焊接技术的提高，使其在国内外得到了广泛的应用，发展越来越快。但是焊接结构由于构造复杂，在服役期间会出现不同程度的结构破损问题。钢桥的破坏形式主要有强度破坏、失稳破坏和疲劳破坏三种。强度破坏和失稳破坏可通过现场试验和调查评估有效预防，疲劳破坏本身机理复杂，对其也没有足够的认识与研究，往往难以评估。工程实践表明，服役过程中许多钢桥出现了不同程度的疲劳裂纹。

目前，针对钢桥疲劳寿命评估的研究工作，各国桥梁设计规范普遍采用应力-寿命(S-N)法中的名义应力法来评估钢桥结构构件的整体疲劳寿命，该方法虽然概念简单、应用方便，但需要清楚地了解桥梁结构细节受载历史，且没有考虑到焊接结构焊缝处的应力集中效应，得到的评估结果不够准确，因此，出现了考虑应力集中的热点应力法，但其尚处于初步发展阶段，还未完全成熟。也有部分学者应用概率统计方法分析钢桥结构的疲劳寿命。评估结构疲劳寿命的一个关键问题是获得应力谱(包括应力幅、平均应力和循环次数)。当采集的应变数据时程历史足够长时，得到的应力谱可以准确的反应结构的荷载信息，但如果采集的应变数据时程较短，漏掉某些低频率却对结构疲劳寿命影响突出的热点应力幅，会导致结构的疲劳寿命评估不准确。对于钢桥结构的疲劳问题，利用已有理论分析和试验所建立的分析框架，是一种不考虑结构个体信息更新的静态思路。但是对于桥梁结构，受到时变荷载和环境的影响，其疲劳模型是一个时变的演化过程。因此，进行正交异性钢桥面板焊接节点应力幅动态概率建模对于充分挖掘出现频率低的应力幅、评估结构疲劳寿命具有重要的理论价值和现实意义。

近年发展起来的贝叶斯方法，主要描述随机变量的后验分布与先验分布及系统响应的条件概率之间的关系。与经典统计学不同，贝叶斯统计学注重先验信息的收集、挖掘和加工，将其数量化，并参与到统计推断中来，以提高统计推断的质量。贝叶斯方法在处理小样本信息时具有较大的优势，其综合考虑了先验信息、样本信息和总体信息；可以充分利用各种信息源，在建立先验分布时，能将历史数据及专家经验结合起来，再结合现场实测数据，对先验分布进行更新，获得后验分布，使得概率模型更加接近真实情况，并且可以不断地进行更新，得到考虑模型参数动态更新的更为合理的分析模型。

综上所述，对于桥梁结构应力分析，需要发展一种可以考虑时变特性的应力幅动态概率建模方法。

发明内容

本发明要克服传统应力幅值分析方法的不足，提出一种正交异性钢桥面板焊接节点实测应力幅动态概率建模方法。本发明由以下三部分组成：

一、基于雨流计数法编制应力谱

基于雨流计数法编制应力谱主要包括对桥梁整体与局部受力性能的分析，截面与测点选取、收集应变监测数据、编制应力谱等。对于正交异性钢桥面板结构而言，易发生破坏的位置为纵肋与横隔板交叉部位、纵肋对接连接部位、纵肋与面板焊接连接部位等处，故收集这些部位处的实测节点应变数据。

由于桥梁端部设有伸缩缝，桥梁在纵向能发生自由变形，故温度应力在端部可以被释放，因此对原始应变监测数据进行预处理以消除温度对应力的影响。经过预处理的应变时程数据乘以钢材的弹性模量，得到应力。雨流计数法在计数原理上与材料的应力-应变滞回曲线一致，力学基础坚实，可以在计算机上进行，易于实现程序自动化。基于雨流计数法得到焊接节点每个应力循环相应的应力幅值、平均应力和循环次数，通过统计分析编制标准日应力谱。