[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

说明书

本发明属于实际大跨桥梁结构斜拉索结构损伤诊断领域，特别涉及一种基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法。本发明将BOTDA技术引入斜拉索结构损伤诊断中，利用分布式传感光纤实时获取主梁多断面处的应变监测数据；利用斜拉桥的有限元模型进行数值模拟，构建主梁应变‑主梁竖向挠度和主梁竖向挠度‑斜拉索索力关系模型；采用健康状态下的桥梁主梁结构多断面应变监测数据构建斜拉索损伤诊断因子与阈值，通过比较待损伤诊断状态下结构损伤诊断因子数值是否超出阈值判断斜拉索是否产生损伤。本发明可同时诊断桥梁全部斜拉索结构损伤，适用于解决实际大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断问题。

技术领域

本发明属于实际大跨桥梁结构斜拉索结构损伤诊断领域。

背景技术

斜拉索作为大跨桥梁的主要承重构件，索力的微小变化都会对桥梁整体结构受力体系产生巨大的影响。为了保障桥梁在运营期间的安全性、完整性和适用性，急需一种能够有效诊断大跨桥梁斜拉索结构损伤的方法。大跨桥梁的斜拉索数量众多，采用现有人工检测手段无法满足实时在线准确诊断全部斜拉索结构损伤的需求。针对这一问题，依托现有桥梁结构健康监测系统，将分布式布里渊光纤传感技术引入到斜拉索结构损伤诊断中，提出一种基于BOTDA(Brillouin optical time domain analysis)技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法，利用BOTDA技术提供的高测点密度的桥梁主梁结构应变监测数据，实现对全桥所有斜拉索结构损伤的有效诊断。

发明内容

本发明是为了解决大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断的问题，现提供一种基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法。

基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法，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。

本发明所述的基于BOTDA技术的大跨桥梁斜拉索结构损伤诊断方法，采用健康状态下的桥梁主梁不同断面处结构应变监测数据，构建该断面处斜拉索结构损伤诊断因子及诊断阈值，通过对待损伤诊断状态下不同监测点的结构损伤诊断因子与阈值进行比较，从而判别该监测点处斜拉索结构是否产生损伤。本发明利用BOTDA技术，获得桥梁主梁不同断面处的结构应变监测数据，借助桥梁有限元基准模型确定的关系模型，获得主梁竖向挠度和斜拉索索力监测结果，间接地实现对全部斜拉索索力的监测，突破了直接在斜拉桥斜拉索上布设传感器的传统监测方式对全部斜拉索索力进行监测的局限性，所述方法能够诊断桥梁全部斜拉索结构损伤。

附图说明