[发明专利]运营状态下大跨桥梁钢箱梁损伤预警方法

摘要

本发明涉及一种运营状态下大跨桥梁钢箱梁损伤预警方法，该方法包括如下步骤：步骤1：钢箱梁传感器的设置：在钢箱梁跨中位置安装竖向加速度传感器、温度传感器和风速仪，分别用以监测车辆荷载引起的钢箱梁竖向加速度、钢箱梁的温度和钢箱梁所在区域的风速；步骤2：监测数据的处理；步骤3：完好状态下钢箱梁振动频率和运营因素的数学相关模型；步骤4：控制图显著性水平的确定；步骤5：钢箱梁损伤预警。本发明全面考虑了运营状态下影响钢箱梁振动频率变化的各种因素，有效提高了钢箱梁损伤预警的实时性和准确性，必将得到广泛应用和推广。

主权项

一种运营状态下大跨桥梁钢箱梁损伤预警方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：钢箱梁传感器的设置：在钢箱梁跨中位置安装竖向加速度传感器、温度传感器和风速仪，分别用以监测车辆荷载引起的钢箱梁竖向加速度、钢箱梁的温度和钢箱梁所在区域的风速；步骤2：监测数据的处理：以10分钟为计算区间，对传感器获取的原始数据进行处理，分别计算钢箱梁的振动频率f、温度T、风速W和车辆荷载的代表值R；所述车辆荷载的代表值R是以10分钟为区间计算钢箱梁竖向加速度的均方根，以此作为这一时间段内的车辆荷载的强度代表值；步骤3：完好状态下钢箱梁振动频率和运营因素的数学相关模型：步骤3a：选取桥梁施工建成后n天的监测数据来建立相关模型，则监测样本总量为m=144×n，n为自然数，以天为单位计算振动频率f、温度T的日平均值TD和振动频率日平均值fD ，步骤3b：采用反向传播神经网络建立温度日平均值TD和振动频率日平均值fD的相关性模型，反向传播网络模型的隐层数和隐层单元由随机爬山法确定，步骤3c：消除温度对振动频率的影响，选取参考温度为Tr，将振动频率原始测试值f归一化至参考温度Tr，得到消除温度影响的振动频率值f1，步骤3d：采用反向传播神经网络建立f1和风速W、车辆荷载代表值R的相关性模型；然后选取风速的参考值为Wr、车辆荷载的参考值为Rr，将步骤c中得到的f1进一步“归一化”至风速的参考值Wr、车辆荷载的参考值Rr，得到消除风速和车辆荷载影响的振动频率值f2；步骤4：控制图显著性水平的确定：将步骤3计算出的振动频率值f2输入均值控制图，调整控制图的显著性水平，使得上述n天总计m个样本点全部落在控制图的上、下控制线之内；步骤5：钢箱梁损伤预警：对未知状态的l天监测数据，采用钢箱梁完好状态的相关模型分别消除温度、风速和车辆荷载的影响，在此基础上得到s个振动频率值，s=144×l,l是天数，记为f3；保持步骤4确定的显著性不变，将消除风速和车辆荷载影响的振动频率值f2和s个振动频率值f3同时输入均值控制图，此时，若所有m+s个样本仍全部位于上、下控制线内，则说明钢箱梁状态为正常，若有样本落在了控制线以外，则说明钢箱梁状态异常，作出钢箱梁发生损伤的预警。