[发明专利]一种斜拉桥跨中挠度随温度变化的估算方法

说明书

本发明提供一种斜拉桥跨中挠度随温度变化的估算方法，属于桥梁结构健康监测技术领域。该方法在将斜拉桥的温度变化简化为主梁顶底板平均温度T_G、主梁顶底板温差T_GD、拉索温度T_C、桥塔向阳/背阳侧平均温度T_P、桥塔向阳/背阳侧温差T_PD的变化的基础上，采用主梁平均温度、拉索温度、桥塔平均温度的线性叠加模型估计总挠度D_T的变化；并通过气泡图表示三元组(T_G，T_C，D_T)的信息，即图中每个数据点的横、纵坐标由T_G、T_C确定，数据点的大小由D_T确定。该方法计算便捷，适用于现场匡算，且可在桥梁概念设计阶段仅凭桥梁总体尺寸布置估计温度效应，便于方案比选。

技术领域

本发明涉及桥梁结构健康监测技术领域，特别是指一种斜拉桥跨中挠度随温度变化的估算方法。

背景技术

桥梁跨中挠度是桥梁设计、监测中的关键指标。在现场实测条件下，该指标会随着运营环境作用——特别是温度的变化——而发生可观的变化，从而掩盖由结构损伤或退化引起的指标变化。如果能从实测总挠度变化中分离掉与温度相关的挠度的变化，则可凸显由结构损伤或退化引起的挠度异常变化。因此，研究温度变化与挠度的关系十分必要。

目前根据温度变化估计跨中挠度变化的方法大致有两类：第一类方法是基于实测数据基础上的统计建模方法。该方法需要首先根据已有实测数据，建立跨中挠度与温度之间的映射关系(如回归模型、神经网络模型等数学模型)，然后将新测得的温度代入模型得到挠度。这类方法的不足在于：1.缺少力学背景，所得模型并不反映因果关系，建模时容易遗漏关键自变量。2.为提高模型的适用性，需要积累相当长时间的数据，以便包含各种可能的温度分布状态，建模成本高且模型难以推广。3.模型完全依赖于测试数据的质量，无法校核和验证测试结果。

第二类方法是基于力学原理的有限元分析方法。该方法需要首先建立实际桥梁的数值仿真模型，然后将实测温度作为荷载输入模型得到挠度响应。这类方法的不足在于有限元建模的难度较大，分析结果不直观；且对不同的桥梁需要建立不同的有限元模型，难以得到普适性的结论。

本发明提供的斜拉桥跨中挠度随温度变化的估算方法既不需要建立有限元计算模型，也不需要积累长期的实测数据，计算便捷，特别适用于在现场匡算温度变形的大致范围；同时，结果可用公式表示，便于进行参数分析，可在桥梁建成之前仅凭总体尺寸布置估计温度对跨中挠度的影响。

另一方面，本发明提出的基于气泡图的数据展示方法能揭示斜拉桥主跨跨中挠度随温度的变化机理，能比传统的以跨中挠度为纵坐标、以单一温度为横坐标的散点图更清晰地反映物理现象的本质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种斜拉桥跨中挠度随温度变化的估算方法。

该估算方法具体过程如下：

(1)简化斜拉桥温度变化：将斜拉桥温度分布的变化简化为拉索温度T_C、主梁顶底板平均温度T_G、主梁顶底板温差T_GD、桥塔向阳/背阳侧平均温度T_P、桥塔向阳/背阳侧温差T_PD的变化。注意到桥塔向阳侧与背阳侧的温度差虽然可引起桥塔的侧弯变形，但这种变形造成的主梁变形是反对称的，对主跨跨中挠度D_T的影响甚微，另一方面，斜拉桥相当于多点弹性支承连续梁，由主梁顶底板温度差T_GD引起的跨中挠度变化也可以忽略。由于T_GD和T_PD对主跨跨中挠度的影响甚微，因此仅考虑T_C、T_G、T_P变化对主跨跨中挠度的影响。

(2)计算温度灵敏度系数：