[发明专利]一种基于两阶段数据融合的预应力张弦桁架损伤识别方法

说明书

本发明将两阶段数据融合理论引入预应力张弦桁架损伤识别中，解决了预应力张弦桁架运用单损伤指标识别精度低以及已有张弦桁架数据融合损伤识别方法仍不理想的问题，提高了预应力张弦桁架的损伤识别精度。

技术领域

本发明属于预应力张弦桁架的损伤识别领域，涉及一种基于模态监测数据的两阶段数据融合的预应力张弦桁架损伤识别方法。

背景技术

预应力张弦桁架是由上部刚性桁架与下部柔性拉索通过中部撑杆组合而成的一种自平衡体系，其具有受力合理、承载能力高、造型轻盈、跨度大等优点，在国内外的体育馆、候车厅、展览厅、高铁站房等大跨钢屋盖结构中成功运用，成为目前应用最为广泛的一种大跨预应力钢结构形式。

张弦桁架一般规模大、服役期限长，所处环境状况复杂，受到的载荷作用具有随机性，发生损伤的潜在危险性较大，并且损伤难以用肉眼分辨，因此往往就会使得损伤构件得不到及时处理和加固。在这种情况下损伤会持续对结构的正常使用产生影响，甚至引发连续倒塌，产生较大的社会经济损失。国内外曾发生过多起大跨钢屋盖或顶棚的严重破坏或整体倒塌事故因此研究张弦桁架在运营期的损伤识别具有重要的现实意义。

基于模态数据的损伤识别指标可以有效的结构损伤，并在桥梁结构和多、高层结构中得到较多应用。但由于张弦桁架中存在拉索、撑杆和桁架等不同类型杆件，杆件类型繁多，其受力机理复杂，损伤识别与常规桥梁式结构或多高层建筑结构存在明显差异。发明人前期试验和理论分析研究亦表明，传统的损伤识别指标应用于张弦桁架中存在一定程度的误判行为，识别精度受到限制。

基于数据融合的损伤识别方法可以提高损伤识别精度，国内外学者开展了深入研究。然而由于张弦桁架结构的特殊性，一方面针对其的数据融合损伤识别方法研究尚未形成完整体系，另一方面已有数据融合研究方法仍会受到非损伤位置处的干扰，识别效果不理想。

为了满足张弦桁架健康监测需求，针对张弦桁架基于模态数据的单损伤指标识别效果不佳以及已有基于数据融合损伤识别方法仍不理想的问题，本发明将“两阶段数据融合方法”同“张弦桁架损伤识别”相结合，即运用D-S证据矩阵规则进行两阶段的数据融合识别张弦桁架损伤，首先对张弦桁架单损伤识别指标进行指标间的数据融合，基于此再次利用数据融合准则进行指标间的数据融合，得到最终的张弦桁架损伤判断指标。该方法提高了预应力张弦桁架损伤识别精度，并且为损伤识别技术在张弦桁架实际工程中的应用提供理论方法和技术支撑。

本发明将两阶段数据融合理论引入预应力张弦桁架损伤识别中，解决了预应力张弦桁架运用单损伤指标识别精度低以及已有张弦桁架数据融合损伤识别方法仍不理想的问题，从以下几方面提高了预应力张弦桁架的损伤识别精度：

(1)本发明在进行单损伤识别指标计算时，选取了适用于张弦桁架的基准损伤识别指标体系，提高了张弦桁架单损伤指标的识别精度，为数据融合方法提供了良好的融合基础。

(2)本发明选取D-S证据矩阵理论作为融合准则。D-S证据矩阵理论其本质为决策层融合方法，具有通信量小、实时性好、传输带宽低、抗干扰能力强、和容错性高等优点，且适合于无先验知识的融合，因此适合于张弦桁架结构的损伤检测。其能够综合反映单损伤指标的识别结果，能够提高损伤识别的准确度。

(3)本发明将“两阶段融合思想”与“D-S证据矩阵数据融合准则”相结合，相比已有数据融合方法，其通过两阶段的数据融合进一步降低非损伤位置处的干扰，消除不利因素的影响，可以有效地提高损伤识别的准确性，判断出损伤位置。

(4)本发明所涉及到的单损伤识别方法以及两阶段数据融合损伤识别方法均可以根据已有研究和理论公式在各编程软件中实现高效的求解，该方法操作简单，易于理解。该方法具有节约人力成本，降低人员检测安全风险的优点，具有很强的实用性。

(5)将本发明的基于两阶段数据融合的预应力张弦桁架损伤识别方法应用到实际张弦桁架健康监测之中，可以及时发现损伤，能够使结构处于相对安全的状态，为实现大型结构全寿命周期设计和维护提供了一种有效的手段。