基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正方法

技术领域

本发明属于实际运营中的桥梁结构病害检测领域，涉及一种桥梁结构整体刚度修正方法，具体涉及一种基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正方法。

背景技术

桥梁刚度参数作为桥梁设计的重要指标，其在桥梁承载力、抗震防灾能力评估等方面具有重要作用。但在桥梁结构运营期间，受到交变荷载、环境侵蚀、材料老化以及突发事件等多方面因素的耦合作用，其结构刚度将会产生不同程度的衰减，而采用设计刚度值进行桥梁结构状态评估，难以反映结构的实际状态。当前，对于桥梁结构刚度的修正主要依靠试验测试，其表现出的工作性能已远远满足不了当今的桥梁建设管养多方面的要求。因此，从保障桥梁结构运营期间的安全性出发，急需采取有效的技术手段实现桥梁结构刚度的及时修正。

随着先进的桥梁结构检测技术以及装备仪器的出现，基于检测数据的桥梁结构刚度修正技术也得到了发展。然而，由于检测数据中噪声的存在以及检测到的单一损伤信息难以反映结构整体损伤情况等问题，导致桥梁结构刚度修正效果难以保证。从信息融合的角度出发，通过一些技术手段提取桥梁结构的多测点检测数据集中存在的结构局部损伤信息，实现局部损伤信息融合，无疑可以实现桥梁结构刚度的有效修正。

发明内容

为了解决运营期桥梁结构因刚度衰减而导致结构状态诊断失准的问题，本发明针对上述既有桥梁结构刚度修正算法存在的不足，提出了一种基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正方法，该方法可大幅度提高桥梁结构刚度修正的准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正方法，包括如下步骤：

步骤一：采用五点三次平滑分析法，处理桥梁结构关键部位多测点检测数据集；

步骤二：根据步骤一中处理后的桥梁结构关键部位多测点检测数据集，采用变形曲线的刚度退化评估法，构建桥梁关键部位劣化系数；

步骤三：根据步骤一中处理后的桥梁结构关键部位多测点检测数据集，采用Delphi-熵值组合赋权法，计算桥梁关键部位构件贡献权重；

步骤四：根据步骤二中建立的桥梁关键部位劣化系数以及步骤三中计算的关键部位构件贡献权重，采用贝叶斯变权融合算法，构建桥梁结构整体刚度修正系数，计算桥梁结构整体刚度。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明采用五点三次平滑分析法，处理桥梁结构关键部位多测点检测数据集，采用变形曲线的刚度退化评估法，构建桥梁关键部位的劣化系数，采用Delphi-熵值组合赋权法，计算桥梁关键部位构件的贡献权重，采用贝叶斯变权融合算法，构建桥梁结构整体刚度修正系数，计算桥梁结构整体刚度，实现桥梁结构整体刚度的修正。本发明可以有效提取桥梁结构多测点检测数据集中包含的局部损伤信息，完成桥梁结构损伤由局部到整体的转换，实现桥梁结构刚度的有效修正，适用于运营期内桥梁结构状态诊断评估及监测。

附图说明

图1为基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正算法的流程图。

图2为选取的实际桥梁图片。

图3为桥梁检测测点布置示意图。

图4为选取的桥梁结构历史检测数据示意图。

图5为处理后的桥梁结构历史检测数据示意图。

图6为本发明基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于多测点检测数据集的桥梁结构整体刚度修正方法，所述方法通过提取桥梁结构多测点检测数据集中包含的结构局部损伤信息，计算桥梁结构关键损伤部位权重，完成桥梁结构损伤由局部到整体的转换，实现桥梁结构刚度的有效修正。现有基于检测数据的桥梁结构刚度修正方法常遵循这样的思路：利用桥梁结构检测数据，进行桥梁结构整体刚度参数识别，进而实现桥梁结构刚度修正。然而，不同检测位置采集的桥梁结构检测数据受环境噪声等因素的影响，往往对结构不同部位的损伤具有不同的敏感性。因此，本发明从信息融合的角度出发，提取不同检测位置的检测数据中包含的结构损伤信息，构建桥梁结构整体刚度修正系数，实现结构刚度的有效修正，保障运营期内桥梁结构的安全运维。如图1所示，具体步骤如下：

步骤一：引入桥梁结构关键部位多测点检测数据集，采用五点三次平滑分析法，处理桥梁结构关键部位多测点检测数据集。具体步骤如下：

步骤一一：根据现有的点式传感技术获取桥梁结构关键部位多测点检测数据集，构建桥梁结构关键部应变检测数据集合：

Y＝[ε

式中，i为桥梁结构应变任意测点，i∈(1,2,…,m)；m为测点数目；ε

式中，k为桥梁结构应变任意检测次数，k∈(1,2,…,n)；n为检测次数数目；ε

步骤一二：针对步骤一一中构建的桥梁结构关键部应变检测数据集合，采用五点三次平滑分析，减弱噪声对应变数据的影响：

式中，

步骤一三：根据步骤一二中的处理结果，得到桥梁结构关键部位应变数据集合矩阵：

式中，

步骤二：根据步骤一中处理后的桥梁结构关键部位多测点检测数据集，采用变形曲线的刚度退化评估法，构建桥梁关键部位劣化系数。具体步骤如下：

步骤二一：构建健康状态下的桥梁结构有限元模型，计算健康状态下桥梁关键部位曲率：

式中，K

步骤二二：根据步骤一中处理后的桥梁结构关键部位多测点应变检测数据集，计算损伤状态下桥梁关键部位曲率：

式中，

步骤二三：根据步骤二一和步骤二二中计算的结果，构建桥梁关键部位的劣化系数，绘制劣化系数随测试距离变化的变形曲线：

式中，κ

步骤三：根据步骤一中处理后的桥梁结构关键部位多测点检测数据集，采用Delphi-熵值组合赋权法，计算桥梁关键部位构件贡献权重。具体步骤如下：

步骤三一：针对桥梁结构N个关键断面对结构整体刚度的影响程度问题，邀请M位行业内权威专家对各个关键部位的影响程度进行打分，根据专家打分结果形成判别矩阵W：

式中，a

步骤三二：根据步骤三一中形成的判别矩阵W，计算桥梁关键部位构件的主观贡献权重：

式中，η

式中，η

式中，e

式中，ω

步骤三三：根据桥梁结构关键部位应变检测原始数据，计算桥梁关键部位构件的客观贡献权重：

式中，Y

式中，P

步骤三四：根据步骤三二和步骤三三的计算结果，计算桥梁关键部位构件的贡献权重：

w

式中，k

步骤四：根据步骤二中建立的桥梁关键部位劣化系数以及步骤三中计算的关键部位构件贡献权重，采用贝叶斯变权融合算法，构建桥梁结构整体刚度修正系数，计算桥梁结构整体刚度。具体步骤如下：

步骤四一：利用步骤二三和步骤三四的计算结果，采用贝叶斯估计法，对各信息源数据信息估计的先验分布进行加权处理，得到一个考虑承载能力检测评定多源信息的先验分布：

式中，ψ

步骤四二：根据步骤四一中得到的先验分布，在平方损失函数下，可得到整体刚度修正系数ψ

步骤四三：将步骤四二中得到的

步骤四四：根据步骤四二中得到的整体刚度修正系数的贝叶斯估计

式中，B′为修正后的桥梁结构整体刚度；B为健康状态下桥梁结构整体刚度。

采用下述试验来验证本发明的效果：

本试验采用实际桥梁在环境荷载作用下的应变检测数据，进行方法有效性验证。多测点检测数据集采用实际桥梁历史检测数据，作为试验验证的数据源。

本试验具体如下：

针对选取的实际桥梁结构，获取历史检测数据，采用五点三次平滑分析法，处理桥梁结构关键部位多测点检测数据集，选取的实际桥梁如图2所示，桥梁检测测点布置如图3所示，选取的桥梁结构历史检测数据如图4所示，处理后的桥梁结构历史检测数据如图5所示；

根据上述处理后的桥梁结构多测点检测数据集，采用变形曲线的刚度退化评估法，构建桥梁关键部位的劣化系数；

依托处理后的桥梁结构多测点检测数据集，采用Delphi-熵值组合赋权法，计算桥梁关键部位构件的贡献权重；

利用构建的桥梁关键部位劣化系数以及计算的关键部位构件贡献权重，采用贝叶斯变权融合算法，构建桥梁结构整体刚度修正系数，计算桥梁结构整体刚度。由图6可知，通过取不同运营时间的历史检测数据修正桥梁结构的整体刚度，发现随着桥梁结构运营时间的增加，桥梁的整体刚度在不断衰减，验证了修正方法的有效性。

本发明中从信息融合的角度出发，提取不同检测位置的检测数据中包含的结构损伤信息，构建桥梁结构整体刚度修正系数，实现结构刚度的有效修正，保障运营期内桥梁结构的安全运维。