[发明专利]连续桥梁集群损伤诊断的概率损伤定位向量法

权利要求书

1.一种连续桥梁集群损伤诊断的概率损伤定位向量法，其特征在于：所述向量法包括以下步骤：

步骤一：利用连续桥梁集群内任意两座桥梁结构健康状态下的加速度监测数据，计算不同监测时段下任意两座桥梁结构传递函数残差矩阵的零空间，构造健康状态下不同监测时段的概率损伤定位向量样本集；

步骤二：利用桥梁健康状态下的环境温度监测数据，聚类划分概率损伤定位向量样本集，计算各类别下概率损伤定位向量全部元素的统计特征参数；具体为：

步骤二一：利用桥梁结构自振频率和温度监测数据构造样本矩阵[T,B]；其中，B为桥梁结构自振频率的监测数据集合；T为桥梁结构环境温度的监测数据集合，利用基于高斯混合分布的聚类分析方法，对样本矩阵[T,B]进行聚类划分；

步骤二二：以聚类后的任意λ类别下温度数据T_λ为指针，对不同监测时段下的概率损伤定位向量进行类别划分，如下式(5)所示，

Γ_λ＝[T_λ,ν_λ] (5)

式中，ν_λ为聚类后任意λ类别下的概率损伤定位向量集合；Γ_λ为聚类后任意λ类别下的概率损伤定位向量和温度监测数据样本集合；

步骤二三：计算各类别下概率损伤定位向量全部元素的统计均值和方差，如式(6)～式(7)所示，

式中，D(·)求变量的方差；E(·)求变量的均值；

步骤三：在步骤二基础上，利用各类别下桥梁结构自振频率监测数据，建立各类别下桥梁结构的概率有限元基准模型，统计分析该概率基准有限元模型的传递函数矩阵与单元刚度矩阵全部元素的概率特征参数；

步骤四：构建桥梁结构健康状态下概率损伤定位向量诊断因子，统计分析概率损伤定位向量诊断因子指标的概率分布特征，计算桥梁结构损伤状态下概率损伤定位向量诊断因子的分布特征；

步骤五：建立假设检验与交叉验证融合诊断策略，利用步骤四得到的概率损伤定位向量诊断因子，定位集群内全部桥梁的潜在结构损伤。

2.根据权利要求1所述的连续桥梁集群损伤诊断的概率损伤定位向量法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下步骤：

步骤一一：利用连续桥梁集群内任意两座桥梁结构健康状态下加速度监测数据所识别的系统矩阵A_c和输出矩阵C_c，计算不同监测时段下桥梁结构的传递函数矩阵，如下式(1)所示，

式中，R为传递函数矩阵；A_c为桥梁结构的系统矩阵；C_c为桥梁结构的输出矩阵；I为单位矩阵；T表示温度；为求矩阵伪逆；s为拉普拉斯变量；

步骤一二：计算不同监测时段下任意两座桥梁结构传递函数残差矩阵的零空间，如下式(2)所示，

式中，下标i和j表示集群内任意桥梁i和桥梁j；上标e表示任意监测时刻；Ε₂为对角元素约等于0的奇异值矩阵；Ε₁为奇异值矩阵的其余部分；(·)^H为求共轭转置；U₁和U₂为左特征向量；V₁为Ε₁所对应的右特征向量；V₂为零奇异值对应的特征向量，即传递函数残差矩阵的零空间；

步骤一三：构造健康状态下不同监测时段的概率损伤定位向量样本集，如下式(3)所示，

式中，e_h为健康状态下概率损伤定位向量的样本总数；v为概率损伤定位向量样本集；ν_e为概率损伤定位向量的某一样本，e∈(1,2,…,e_h)，其为零空间V₂^e中任意基向量的线性组合，如下式(4)所示，

式中，n为概率损伤定位向量的维数，该数值与所加载有限元模型自由度总数相等；n₀为概率损伤定位向量中某个元素，n₀∈(1,2,…,n)。