[发明专利]基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法

权利要求书

1.基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：根据桥梁设计、施工图纸准确建立结构有限元基准模型，提取基准模型在随机车辆荷载作用下分布式主梁应变、分布式主梁竖向挠度和斜拉索索力解析数据，分别构建主梁不同断面处的结构应变-竖向挠度、竖向挠度-斜拉索索力之间的关系模型；

步骤二：利用BOTDA技术，采集主梁不同断面处的结构应变监测数据，利用步骤一建立的关系模型，分别计算主梁竖向挠度和斜拉索索力监测结果；

步骤三：根据主梁不同断面处的结构应变监测数据、主梁竖向挠度和斜拉索索力监测结果，分别构建斜拉索索力-主梁结构应变数据集合、主梁结构应变-主梁竖向挠度数据集合；

步骤四：根据步骤三获得的数据集合，以桥梁开始运营的第一年为参考状态，利用马氏距离，计算桥梁参考状态下结构损伤诊断因子序列，将该损伤诊断因子序列的最大值的95％作为损伤诊断阈值；

步骤五：利用待诊断状态下数据点到参考状态数据集合的马氏距离，确定所有监测点处的结构损伤诊断因子；

步骤六：待损伤诊断状态下，将所有监测点的结构损伤诊断因子与损伤诊断阈值进行比较，当结构损伤诊断因子大于损伤诊断阈值时，则该监测点处发生了损伤，反之，则该监测点处未产生损伤；

步骤七：根据步骤六的结构损伤诊断结果，利用斜拉索索力-主梁应变和主梁应变-主梁竖向挠度损伤诊断结果的差异，判断损伤诊断因子超出阈值是主梁结构损伤还是斜拉索结构损伤。

2.根据权利要求1所述的基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法，其特征在于，步骤一所述构建主梁不同断面处的结构应变-竖向挠度、竖向挠度-斜拉索索力之间的关系模型的方法为：

步骤一一：设分布式主梁应变解析数据为Y＝[Y₁,Y₂,…,Y_m]_k×m，分布式主梁竖向挠度解析数据为N＝[N₁,N₂,…,N_p]_k×p，斜拉索索力解析数据为S＝[S₁,S₂,…,S_p]_k×p，

则第i个时刻的分布式主梁应变解析数据和分布式主梁竖向挠度解析数据为：

Yⁱ＝(y_i1,y_i2,…,y_im) (1)

Nⁱ＝(n_i1,n_i1,…,n_ip) (2)

则第j个监测点的主梁竖向挠度解析数据和斜拉索索力解析数据分别为：

N_j＝(n_1j,n_2j,…,n_kj)^T (3)

S_j＝(s_1j,s_2j,…,s_kj)^Τ (4)

式中，k为采样次数，随时间变化，并按一定时间间隔不断增加；m为分布式主梁应变监测点的个数；p为分布式主梁竖向挠度和斜拉索索力监测点的个数；1≤i≤k；1≤j≤p；

步骤一二：根据步骤一一获得的第i个时刻的分布式主梁应变解析数据和分布式主梁竖向挠度解析数据，构造系数矩阵Δ使其满足

Nⁱ＝YⁱΔ (5)

为求解系数矩阵Δ，取m个采样点数据按如下公式计算

将式(6)求解的系数矩阵Δ代入式(5)，式(5)即为所需的结构应变-竖向挠度之间的关系模型；

步骤一三：根据步骤一一获得的第j个监测点的主梁竖向挠度解析数据和斜拉索索力解析数据，对其进行函数拟合，确定函数F_j使其满足

S_j＝F_j(N_j) (7)

依次对p个监测点按式(7)进行函数拟合，获得函数集F

F＝{F₁,F₂,…,F_p} (8)

式(8)即为所需的竖向挠度-斜拉索索力之间的关系模型。