[发明专利]一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法

权利要求书

1.一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:通过结构健康监测系统监测获得桥梁梁端位移信号和温度数据，对梁端位移数据信号进行功率谱分析和分解，利用小波变换提取温度位移分量获得桥梁梁端位移分量的温度响应、准静态响应和动态响应；

S2:根据太阳辐射条件对桥梁梁端位移模式进行分解，获得桥梁梁端温度位移关系；

S3:根据桥梁梁端温度位移关系进行桥梁梁端位移与温度之间贝叶斯回归模型建立，获得桥梁梁端温度与位移之间的线性相关系数；

S4:通过计算桥梁梁端温度与位移之间的线性相关系数和周平均检出率判断是否需要对桥梁进行检查和维修。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，步骤S1还包括：

S11:在桥梁上安装结构健康监测系统，通过结构健康监测系统上的传感器实时收集桥梁梁端位移信号和数据；

S12:根据频域特征对桥梁梁端位移信号进行分解获得具有不同频率峰值的桥梁梁端位移分量；

S13:在不同频率峰值的桥梁梁端位移分量的各个频率区间信号上利用小波构造带通滤波器提取不同频率的梁端位移分量，进行信号重构获得桥梁梁端位移分量的温度响应、准静态响应和动态响应。

3.根据权利要求2所述的一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，步骤S2中所述根据太阳辐射条件对桥梁梁端位移模式进行分解包括，根据太阳辐射条件、日气温和位移，将24小时桥梁梁端温度与位移监测数据分为三个子数据集：

时间窗A(00:00-07:00)：无或有少量太阳辐射，桥梁温度普遍持续下降，导致梁端从承重中心移动到最大收缩极限；

时间窗B(10:00-16:00)：随着太阳辐射的增加，主梁温度逐渐高速上升并达到日峰值，导致主梁端部从最大收缩极限移动到最大膨胀限制；

时间窗C(19:00-24:00)：随着太阳辐射强度的降低，主梁温度逐渐以高速率下降，导致主梁端部从最大膨胀极限向承载中心移动。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，步骤S3中梁端位移与温度之间的贝叶斯回归模型通过式(1)表示：

其中，x是梁端热致位移，β是桥梁的温度-位移截距，k是温度系数，t是梁的结构温度，ε是一个独立的正态分布的随机变量；n是样本数量；i是自变量。

5.根据权利要求4所述的一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，步骤S3中桥梁梁端温度与位移之间的线性相关系数通过式(2)表示：

式中，ρ是桥梁梁端温度与位移之间的线性相关系数；n是样本数量；t是梁的结构温度；x是梁端热致位移；是梁端热致位移的均值；是梁的结构温度的均值。

6.根据权利要求5所述的一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，步骤S4中通过计算桥梁梁端温度与位移之间的线性相关系数和周平均检出率判断是否需要对桥梁进行检查和维修，包括如下步骤：

S41:桥梁梁端温度与位移之间的线性相关系数小于等于0.4，则进行桥梁检查和维修；大于0.4则进行下一步；

S42:通过叶贝斯回归模型估计获得三个时间窗口中温度系数的概率密度函数；

S43:基于三个时间窗口中温度系数的概率密度函数，求得桥梁异常概率指标；

S44:根据桥梁异常概率指标，求得桥梁异常的周平均检测率，进一步判断是否需要对桥梁进行检查和维修。

7.根据权利要求6所述的一种基于温度驱动的桥梁梁端位移异常检测方法，其特征在于，步骤S43中所述温度系数的概率密度函数采用单峰高斯函数对三个时间窗口中的温度参数分布进行建模获得。