[发明专利]一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法

说明书

本发明公开了一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，包括如下步骤：步骤1：获取桥梁固有频率与环境温度数据；步骤2：分析固有频率与环境温度的相关性；步骤3：计算固有频率‑环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线的垂直距离；步骤4：建立垂直距离概率模型；步骤5：计算不同环境温度下的固有频率预警阈值，若某一环境温度下的实测固有频率超过了预警阈值，则表明桥梁结构动力特性发生异常，此时需要进行桥梁动力特性异常的报警。该方法能够有效制定考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常的预警阈值。

技术领域

本发明涉及桥梁动力特性预测技术领域，具体来说，涉及一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法。

背景技术

我国多数桥梁服役的环境长期受到汽车荷载、温度等因素的影响，其正常服役过程中的动力特性变化过程值得关注。在许多大型桥梁结构中，由于桥梁的动力特性变化可能会造成工程事故的发生，为避免发生事故或造成经济损失，需要建立桥梁预警系统。通过分析桥梁动力特性在环境温度影响下的变化，考虑环境温度变异所导致的桥梁动力特性异常并进行预警，能够为长期监测桥梁结构性能变化提供可靠依据。

目前，各土木、建筑领域对桥梁安全预警的手段，有以下几种方法：(1)模态振型法：该方法是通过分析结构的振型变化或者其演变形式的变化，确定模态特征参数，从而确定对应的预警阈值。但在动力测试中很难保证结构振型的精度，因此方法在实际工程中的应用并不理想。(2)神经网络法：该方法先要利用损伤或异常的结构数据训练网络，之后再将需要检测的结构数据输入所训练的网络，得到输出数据，通过分析输出数据判定结构性能是否异常，实现预警目的。此方法在特征参数的选取上具有较大困难。(3)小波分析法：利用小波包将结构信号分解到不同的频带，得到小波包能量谱，通过分析不同频带的信号特征和能量值组成特征参数组，进而确定损伤部位及预警判据。此方法要求较丰富的小波包方面和数据处理方面的知识，适用性较差。

因此，基于考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常的预警方法，有必要研究一种可行性好、准确性高、适用性强的新方法。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常的预警方法，该方法可以准确进行桥梁动力特性异常的预警。

技术方案：本发明采用一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常的预警方法，该方法通过分析桥梁结构加速度频谱特征获得固有频率，进而分析固有频率与对应环境温度的相关性，之后再根据得到的线性相关性拟合曲线及固有频率-环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线垂直距离的概率模型制定桥梁固有频率预警阈值。

该预警方法包括如下步骤：

步骤1：获取桥梁固有频率与环境温度数据：

桥梁安装加速度传感器和环境温度传感器，实时采集桥梁结构每天各个时间段的振动加速度及环境温度数据；

选择成桥后某段时间(建议一年及以上)的加速度数据进行频谱分析，获得加速度响应自功率谱曲线，识别功率谱曲线峰值，获得桥梁固有频率范围。选取与固有频率同一时刻的环境温度，建立固有频率-环境温度数据散点。

步骤2：分析固有频率与环境温度的相关性：

对于步骤1获得的桥梁某阶固有频率-环境温度数据散点，采用公式(1)即以最小二乘法为原理的线性拟合函数，进行固有频率与环境温度的相关性拟合分析：

f_m(T)＝p₀+p₁T (1)

式中：f_m为通过振动加速度数据得到的固有频率；T为对应环境平均温度；p₀、p₁为线性拟合系数。

步骤3：计算固有频率-环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线的垂直距离：