[发明专利]一种钢架构钢柱形变损坏在线智能预警方法

权利要求书

1.一种钢架构钢柱形变损坏在线智能预警方法，其特征在于：所述在线智能预警方法包括以下步骤：

步骤一：随机抽取N根没有安装的钢柱样件，从钢柱上方加载设计所承载的力，在钢柱上布设电阻应变片群组，采用电阻应变片测量每根钢柱轴向和径向随时间变化的短时形变量；

采用电阻应变片测量每根钢柱轴向和径向随时间变化的短时形变量方法的特征如下：

将钢柱下端焊接到钢板上，在距离钢柱底部1米处的同一圆周上均匀分布8个电阻应变片，其中4个沿着轴向粘贴，另外4个按照径向粘贴，且轴向粘贴和径向粘贴交替进行；

在钢柱支撑点上施加设计的承载力F,在离散时间n内每隔一段时间测量钢柱的轴向应变σh_t和径向应变σr_t，其中t为钢柱形变时间，从钢柱施加承载力F瞬间开始计时，轴向应变σh_t和径向应变σr_t的表达式如下：

式中，σh_tf为第f个电阻应变片的应变值，f为轴向应变的序号；

σr_tg为第g个电阻应变片的应变值，g为径向应变的序号；

步骤二：依据钢柱轴向和径向随时间变化的短时形变量，采用灰色系统理论预测钢柱在轴向和径向随时间变化的长时形变量，并将其作为钢架构支柱临界损坏阈值；

钢架构支柱临界损坏阈值形成方法的特征如下：

将GM(1,1)模型、DGM(1,1)模型和NDGM(1,1)模型采用预测权系数的方法融合到一起，建立如下轴向和径向随时间变化的长时形变量模型：

式中，分别为钢柱轴向和径向随时间变化的长时形变量，也就是钢架构支柱临界损坏阈值；分别为轴向应变σh_t的GM(1,1)模型长时预测值、DGM(1,1)模型长时预测值和NDGM(1,1)模型的长时预测值,λ_h、γ_h分别为和的预测权系数；分别为径向应变σr_t的GM(1,1)模型长时预测值、DGM(1,1)模型长时预测值和NDGM(1,1)模型的长时预测值,λ_r、γ_r分别为和的预测权系数；

和的表达式如下：

式中α_h、α_r分别为轴向应变GM(1,1)灰发展系数和径向应变GM(1,1)灰发展系数，μ_h、μ_r为轴向应变GM(1,1)灰作用量和径向应变GM(1,1)灰作用量；α_h、α_r和μ_h、μ_r的计算方法如下：

其中，B_h和B_r分别为轴向应变GM(1,1)灰矩阵和径向应变GM(1,1)灰矩阵，B_h和B_r的表达式分别为：

式中，z_h⁽¹⁾(t)、z_r⁽¹⁾(t)分别为轴向应变GM(1,1)背景序列和径向应变GM(1,1)背景序列，Y_h和Y_r分别为轴向应变GM(1,1)原始矩阵和径向应变GM(1,1)原始矩阵；z_h⁽¹⁾(t)、z_r⁽¹⁾(t)表达式如下：

Y_h、Y_r的表达式如下：

和的表达式如下：

式中，β_h1、β_h2、β_h3、β_h4分别是轴向应变NDGM(1,1)模型的倍数系数、轴向应变NDGM(1,1)模型的线性系数、轴向应变NDGM(1,1)模型的截距和轴向应变NDGM(1,1)模型的初始修正系数；β_r1、β_r2、β_r3、β_r4分别是径向应变NDGM(1,1)模型的倍数系数、径向应变NDGM(1,1)模型的线性系数、径向应变NDGM(1,1)模型的截距和径向应变NDGM(1,1)模型的初始修正系数；

β_h1、β_h2、β_h3、β_h4求解方法如下：

(β_h1，β_h2，β_h3)^T＝(A^TA)^-1A^TM

式中，A为轴向应变NDGM(1,1)灰矩阵，M为轴向应变NDGM(1,1)模型背景序列,其表达式如下：

β_h4可以通过求解轴向应变预测值和实际值误差最小平方和获得，其表达式如下：

式中，j为轴向临时统计系数；

β_r1、β_r2、β_r3、β_r4其求解方法如下：

(β_r1，β_r2，β_r3)^T＝(E^TE)^-1E^TN

式中，E为径向应变NDGM(1,1)模型灰矩阵，N为径向应变NDGM(1,1)模型背景矩阵,其表达式如下：

β_r4可以通过求解径向应变预测值和实际值误差最小平方和获得，其表达式如下：

式中，l为径向临时统计系数；

和的表达式如下：

式中，θ_h1、θ_h2分别为轴向应变预测值的第一系数和第二系数；

θ_r1、θ_r2分别为径向应变预测值的第一系数和第二系数；

θ_h1和θ_h2的计算方法如下：

(θ_h1，θ_h2)^T＝(Q_h^TQ_h)^-1Q_hP_h

式中，Q_h为轴向应变DGM(1,1)模型灰矩阵，P_h为轴向应变DGM(1,1)模型背景矩阵,其表达式如下：

θ_r1和θ_r2的计算方法如下：

(θ_r1，θ_r2)^T＝(Q_r^TQ_r)^-1Q_rP_r

式中，Q_r为径向应变DGM(1,1)模型灰矩阵，P_r为径向应变DGM(1,1)模型背景矩阵,其表达式如下：

建立含有权值λ_h、γ_h、λ_r、γ_r无约束优化求解模型如下：

通过求导获得建模权值λ_h、γ_h、λ_r、γ_r的值；

步骤三：在已安装完成的钢柱上布设电阻应变片测量钢柱随时间变化的实际轴向应变σhf_t和实际径向应变σrf_t，并采用灰色系统理论修正由于振动因素造成的应变测量异常值，修正后的轴向应变和径向应变分别为σxhf_t和σxrf_t；

采用灰色系统理论剔除并修正由于振动等因素造成的应变测量异常值方法的特征如下：

如果第c个实际轴向应变量σhf_c满足则认为σhf_c为测量异常值，式中为σhf_c的GM(1,1)模型预测值，并将σhf_c采用修正；式中为σhf_t的GM(1,1)模型预测值；

如果第w个实际径向应变量σrf_w满足则认为σrf_w测量异常值，式中为σrf_w的GM(1,1)模型预测值，并将σrf_w采用修正；式中为σrf_t的GM(1,1)模型预测值；

步骤四：建立钢架构钢柱形变损坏在线预警模型，进行钢架构钢柱形变损坏在线预警判定；

建立钢架构钢柱形变损坏在线预警模型并进行钢架构钢柱形变损坏在线预警判定方法的特征如下：