一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法
【專利摘要】本發明公開了一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，涉及橋梁結構安全監測【技術領域】。該方法采用安全余量報警、平穩性報警和相關性報警三種綜合預警方式，具體為：1)確定與待測橋梁結構安全有關的某種監測數據以及待測橋梁的具體監測點；2)確定用于分析報警的前i年的監測數據；3)按一定的時間間隔劃分并統計該監測點的監測數據，并計算在每個時間段上的數據均值；4)確定第i+1年的第j個時間段為待分析時間段；5)安全余量報警；6)平穩性報警；7)相關性報警；8)對各種報警情況對應的橋梁安全問題進行處理。本發明從安全余量、平穩性、相關性三個角度提出橋梁安全評價有效指標，建立橋梁系統三類綜合安全預警機制，為橋梁的維護管理提供重要參考依據。
【專利說明】一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及橋梁結構安全監測【技術領域】，特別涉及一種橋梁結構的三類綜合安全 預警方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著經濟的高速發展，全國交通量驟增，許多橋梁的設計荷載已不能滿足 現行車輛荷載的使用要求，橋梁結構的安全形勢日趨嚴峻。為了保障橋梁運營期內的結構 安全，必須對橋梁進行健康監測，建立安全預警機制，防止橋梁垮塌等重大事故的發生。
[0003] 由于橋梁結構本身和所處環境的復雜性以及結構安全評價的特殊性，現有的結構 安全評價方法存在較大的局限，在實際應用中未能取得令人滿意的效果，主要體現在如下 幾點：
[0004] 1)現有的基于模型的橋梁結構安全評價機理均來源于力學學科，其評價過程嚴重 依賴于結構的精確理論模型和確定的系統激勵；然而舊橋資料的嚴重缺失和橋梁結構參數 在運行過程中的不斷變化使得結構精確模型的建立極為困難，加上橋梁結構健康檢查中隨 機環境激勵的未知性，使得基于模型的結構安全評價遇到難以逾越的障礙。
[0005] 2)基于統計分析的評價方法雖已得到逐步的重視，但其研究和應用尚處在初期； 橋梁尺寸巨大，結構復雜，振動幅值很低，統計分析通常所采用的動力特性指標易被環境噪 聲淹沒或對局部損傷不敏感，且沒有將橋梁結構安全評價與環境特性有效地聯系起來，其 評價效果還無法滿足工程要求。
[0006] 3)神經網絡雖然在處理非線性問題時具有優良的性能，但由于缺乏完備的訓練樣 本，無法在結構響應和安全狀態之間建立可靠的因果聯系。
[0007] 4)目前的安全評價大多采用單一的方法或單一的參數進行分析，環境影響的不確 定性以及測試數據的不完整性使得監測變量未能全面反映結構的安全狀況。
[0008] 上述問題的存在，使得目前還沒有一種令人滿意的橋梁安全綜合評價體系。從以 上分析可知，由于橋梁結構本身的構成極為復雜，其性能容易受到結構所處環境的各種因 素的影響，使得結構安全的評價工作也十分困難。盡管目前針對橋梁結構安全的評價方法 有很多，但由于各種原因，這些評價方法都有其本身固有的缺陷，在實際應用中尚未取得令 人滿意的結果。
【發明內容】
[0009] 有鑒于此，本發明的目的在于克服上述不足，提供一種橋梁結構的三類綜合安全 預警方法，該方法通過安全余量、平穩性和相關性三個方面綜合考慮橋梁的預警情況。
[0010] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0011] 一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，采用安全余量報警、平穩性報警和相關 性報警三種綜合預警方式，具體方法為：
[0012] 1)確定與待測橋梁結構安全有關的某種監測數據以及待測橋梁的具體監測點；
[0013] 2)選取用于分析報警的前i年的監測數據，i彡2 ;
[0014] 3)按一定的時間間隔劃分并統計該監測點的監測數據，并計算在每個時間段上的 數據均值；
[0015] 4)確定第i+Ι年的第j個時間段為待分析時間段；
[0016] 5)安全余量報警：定義安全余量指標，確定安全余量的基準數據，根據第i+Ι年的 第j個時間段的實際數據判斷是否需要安全余量報警；
[0017] 6)平穩性報警：定義平穩性指標，確定平穩性的基準數據，根據第i+Ι年的第j個 時間段的實際數據判斷是否需要平穩性報警；
[0018] 7)相關性報警：對監測數據進行互相關分析，按條件提取兩個通道的監測數據互 為參考對象，并根據該兩種通道監測數據的安全余量報警和平穩性報警情況，判斷是否需 要相關性報警；
[0019] 8)對各種報警情況對應的橋梁安全問題進行處理。
[0020] 進一步的，步驟1)所述的監測數據為裂縫數據、應變數據、傾斜度數據、撓度數 據、位移數據、加速度數據、或索力監測數據。
[0021] 進一步的，步驟2)所述的按一定的間隔時間劃分，其劃分方法包括按月劃分、按 季度劃分或者按年份劃分。
[0022] 進一步的，步驟5)所述安全余量報警的具體方法為：
[0023] 5-1)獲取前i年的某種監測數據均值的矩陣為：，其中表示第i年第 j個時間段的監測數據均值；
【權利要求】
1. 一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，其特征在于：采用安全余量報警、平穩性 報警和相關性報警三種綜合預警方式，具體方法為： 1) 確定與待測橋梁結構安全有關的某種監測數據以及待測橋梁的具體監測點； 2) 選取用于分析報警的前i年的監測數據，i > 2 ; 3) 按一定的時間間隔劃分并統計該監測點的監測數據，并計算在每個時間段上的數據 均值； 4) 確定第i+Ι年的第j個時間段為待分析時間段； 5) 安全余量報警：定義安全余量指標，確定安全余量的基準數據，根據第i+Ι年的第j 個時間段的實際數據判斷是否需要安全余量報警； 6) 平穩性報警：定義平穩性指標，確定平穩性的基準數據，根據第i+Ι年的第j個時間 段的實際數據判斷是否需要平穩性報警； 7) 相關性報警：對監測數據進行互相關分析，按條件提取兩個通道的監測數據互為參 考對象，并根據該兩種通道監測數據的安全余量報警和平穩性報警情況，判斷是否需要相 關性報警； 8) 對各種報警情況對應的橋梁安全問題進行處理。
2. 根據權利要求1所述的一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，其特征在于：步驟 1) 所述的監測數據為裂縫數據、應變數據、傾斜度數據、撓度數據、位移數據、加速度數據、 或索力監測數據。
3. 根據權利要求2所述的一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，其特征在于：步驟 2) 所述的按一定的時間間隔劃分，其劃分方法包括按月劃分、按季度劃分或者按年份劃分。
4. 根據權利要求3所述的一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，其特征在于：步驟 5)所述安全余量報警的具體方法為： 5-1)獲取前i年的某種監測數據均值的矩陣為： ，其中表示第i年第j個 χ? 時間段的監測數據均值； 5-2)定義橋梁監測數據安全余量指標|χ/-λ| ;其中ys是該種監測數據的許用值， 表示第i年第j個時間段的安全余量。 5-3)以第一年全部段的監測數據均值
為橋梁結構的初始狀態，定義為基
準；
5-4)判斷第i+Ι年的第j個時間段是否需要報警：當 時，系統黃色報警；當
<&時，系統紅色報警； 其中，ki、k2具體值根據選取的監測數據時長和橋梁結構的初始狀態確定，ki > k2。
5. 根據權利要求3所述的一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，其特征在于：步驟 6) 所述平穩性報警的具體方法為：
6-1)獲取前i年的某種監測數據均值的矩陣彡 > 其中表示第i年第j個 4 時間段的監測數據均值； 6-2)定義橋梁安全的性指標v/ ，v/表示第i年第j月的平穩性，可得矩陣
則有基準矩陣
； 6-4)判斷第i+Ι年的第j個時間段是否需要報警
&時，黃色報警；當
時，紅色報警； 其中，k3、k4具體值根據選取的監測數據時長和橋梁結構的初始狀態確定，k3 < k4。
6. 根據權利要求3所述的一種橋梁結構的三類綜合安全預警方法，其特征在于：步驟 7) 所述相關性報警的具體方法為：取互相關系數絕對值最高且> 0. 6的兩個通道的監測數 據互為參考組的參考對象； 當參考組中只有某一通道出現第一類報警或第二類報警，或只有某一通道數據同時出 現第一類和第二類報警時，考察互相關系數絕對值： 若互相關系數絕對值下降值高于〇. 2或下降到低于0. 4時，系統提醒可能出現傳感器 采數失真故障； 若互相關系數絕對值變化不大，則系統觸發相關性報警； 當參考組中兩個通道各自出現第一類或/和第二類報警時，系統觸發相關性報警。
【文檔編號】G01M99/00GK104122111SQ201410394468
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】唐浩, 孟利波, 廖敬波, 宋剛, 譚川, 陳果 申請人:招商局重慶交通科研設計院有限公司