[发明专利]一种基于车辆荷载空间分布的桥梁结构使用性能预测方法

摘要

本发明公开了一种基于车辆荷载空间分布的桥梁结构使用性能预测方法，利用车辆荷载空间分布情况以及桥梁有限元模型，获得桥梁结构响应的有限元模型计算值Ss，利用桥梁健康监测系统获得车辆荷载作用下的桥梁结构响应实际监测值Sl，并对各时刻的车辆荷载效应进行归一化处理，获得车辆荷载效应归一化系数η，建立当前时刻归一化系数η的回归预测模型，获得η的预测值，再利用概率分布函数获得Ss的预测值，由此得到Sl的预测值即桥梁结构使用性能；更新当前时刻，进行又一轮的预测。本发明所提供的方法，预测的准确性更高，有利于指导桥梁养护、维修和投资决策，从而达到延长桥梁使用寿命、促进桥梁维护和管理水平提高、合理配置资源和资金的目的，同时还保证了桥梁的安全运营。

主权项

1.一种基于车辆荷载空间分布的桥梁结构使用性能预测方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：1)建立桥梁健康监测系统，监测桥梁结构响应，通过健康监测系统中的动态称重子系统和视频监控子系统监测全桥车辆荷载空间分布情况，并将桥梁结构响应监测数据和车辆荷载空间分布监测数据存储于数据库；2)根据桥梁设计图纸建立桥梁有限元模型，提取监测点k在有限元模型中对应位置的影响线；3)设置当前时刻标识i＝1；4)从数据库提取步骤1)中监测得到的截止至当前时刻ti时段yi内各时刻的车辆荷载空间分布监测数据，以影响线加载的方式计算监测点k在时段yi内各时刻的桥梁结构在实际监测的空间分布车辆荷载作用下的有限元模型计算值Ss；5)从数据库提取步骤1)中监测得到的截止至当前时刻ti时段yi内监测点k的结构响应监测数据，对提取的结构响应监测数据进行线性拟合处理，从中提取监测点k在时段yi内各时刻的桥梁结构在实际监测的空间分布车辆荷载作用下的实际监测值Sl；6)采用公式Ⅰ计算时段yi内各时刻的车辆荷载效应归一化系数η；其中，η为车辆荷载效应归一化系数，Ss为桥梁结构在实际监测的空间分布车辆荷载作用下的有限元模型计算值；Sl为桥梁结构在实际监测的空间分布车辆荷载作用下的实际监测值；7)分析时段yi内各时刻的车辆荷载效应归一化系数η，建立当前时刻ti时η的回归预测模型，对预测期yi+1内的η进行预测，如公式Ⅱ所示：其中，η预为预测期yi+1内的η的预测值，ηo为车辆荷载效应归一化系数初始值，y为桥龄，α、β为模型参数；8)对时段y_i内的S_s进行概率分布拟合，得到概率分布函数F(x)，采用公式Ⅲ计算在包含预测期y_i+1的S_s的概率分布函数取指定概率p的分位值作为S_s的预测值，公式Ⅲ如下所示：其中，为预测期y_i+1内的概率分布函数，m为S_s在预测期y_i+1内的平均出现次数；9)根据η的预测值、Ss的预测值并利用公式Ⅰ进行计算，获得在车辆荷载作用下预测期yi+1内的Sl的预测值，Sl的预测值即为预测的桥梁结构使用性能；10)当前时刻更新为i＝i+1，返回步骤3)，根据更新的实测监测数据进行新的预测，更新预测结果。