基于長期撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝土橋梁剛度可靠度評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于±木工程結構可靠度評估技術領域，具體設及一種基于長期曉度監(jiān)測 數(shù)據(jù)的混凝±橋梁剛度可靠度評估方法。
【背景技術】
[0002] 伴隨著橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的大量建設，將長期監(jiān)測數(shù)據(jù)與概率方法相結合已經(jīng)成 為橋梁結構性能評估的重要發(fā)展方向。目前更多研究關注的是橋梁承載能力極限狀態(tài)(安 全性)和抗疲勞性能的可靠度分析;在正常使用極限狀態(tài)方面，則是通過建立監(jiān)測數(shù)據(jù)與允 許限值間的關系，對橋梁的使用性能進行可靠度評估。
[0003] 車輛荷載作用下橋梁的曉度，即橋梁的整體剛度，是最能直接反應橋梁運營狀態(tài) 的指標之一。然而，目前結合長期曉度監(jiān)測數(shù)據(jù)進行橋梁可靠度評估的研究并不多，已有的 成果從構件層次著手，或者在建立可靠度功能函數(shù)時尚未考慮橋梁的理論設計狀態(tài)，進而 導致橋梁剛度的評價結果與設計理想狀態(tài)可比性不強。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種基于長期曉度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝±橋 梁剛度可靠度評估方法，其可W對正常運營下橋梁的整體剛度性能是否符合設計狀態(tài)進行 評價。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案： 一種基于長期曉度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝±橋梁剛度可靠度評估方法，其包括如下步驟： 步驟1、對監(jiān)測的橋梁曉度數(shù)據(jù)進行預處理，得到真實的橋梁曉度時程X; 步驟2、對步驟1得到的曉度時程X進行峰值識別，得到峰值序列P; 步驟3、根據(jù)峰值序列P進行曉度峰值的概率分布擬合，并進行擬合檢驗，得到曉度峰值 的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)； 步驟4、建立計算橋梁剛度可靠度的功能函數(shù)方程Z; 步驟5、計算可靠度指標β。具體為:根據(jù)步驟4所得的功能函數(shù)方程Z、W及功能函數(shù)方 程Z中各變量的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)計算剛度可靠度指標，求解可采用一次二 階矩方法(如設計驗算點法)進行Matlab編程實現(xiàn)。
[0006] 具體的，所述的步驟2包括W下步驟： a. 對曉度時程X進行平滑處理，然后對需求的峰值區(qū)間進行界定； b. 采用平滑曲線確定出現(xiàn)峰值的時刻； C.在出現(xiàn)峰值時刻的兩側捜索獲得曉度的最大值。
[0007] 所述步驟4具體為:建立計算橋梁剛度可靠度的功能函數(shù)方程Z=aw-f;其中， f:為實測曉度變量，其概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)由步驟3獲得； W:為根據(jù)橋梁設計規(guī)范得到的正常使用狀態(tài)下的曉度； α:為計算不確定性系數(shù)。
[0008] 在進行正常使用狀態(tài)下的曉度w計算時，各計算參數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變 異系數(shù)應符合GB/T50283《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》的規(guī)定。
[0009] 所述的步驟1為對現(xiàn)場傳感設備監(jiān)測采集的橋梁曉度數(shù)據(jù)進行歸零、去噪、奇異值 剔除等數(shù)據(jù)預處理操作，得到真實的橋梁曉度時程X。步驟1中采集的曉度數(shù)據(jù)應有一定的 時間范圍(數(shù)月或數(shù)年），W正確反映橋梁的正常運營狀態(tài)。
[0010] 所述的步驟3為根據(jù)峰值序列P繪制頻率分布直方圖，判斷曉度峰值所服從的概率 分布類型，進行概率分布擬合，并對擬合結果進行檢驗。目的在于獲得曉度峰值的概率密度 函數(shù)、平均值和變異系數(shù)。
[0011] 步驟4中W的計算可依據(jù)JTG D26《公路鋼筋混凝±及預應力混凝±橋涵設計規(guī)范》 計算得到。W簡支全預應力混凝上橋梁為例，正常使用狀態(tài)下的曉度W表達式為：
其中，Ms為短期效應組合下的彎矩值;E。為混凝±彈性模量;1〇為全截面換算截面慣性 矩；和為曉度長期增長系數(shù);1為橋梁跨徑。各計算參數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變異系 數(shù)等應符合GB/T50283《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》的規(guī)定。
[0012] 本發(fā)明考慮的功能函數(shù)方程Z既包括橋梁的實際運營信息，也涵蓋橋梁的設計參 數(shù)，用于評估橋梁實際剛度水平相對于理想設計狀態(tài)的可靠度指標，尤其適用于橋梁健康 監(jiān)測中基于曉度數(shù)據(jù)的橋梁狀態(tài)評估。
[0013] 和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明評估方法的有益效果： 本發(fā)明基于長期曉度監(jiān)測數(shù)據(jù)對混凝±橋梁的整體剛度可靠度進行評估。考慮的功能 函數(shù)方程既包括橋梁的實際運營狀況，也涵蓋橋梁的設計參數(shù)，可通過可靠度指標進行橋 梁的實際運營狀態(tài)和理想設計狀態(tài)的對比，同時通過長期監(jiān)測可實現(xiàn)橋梁的長期剛度劣化 的演變規(guī)律。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明評估方法的總體流程圖； 圖2為本發(fā)明評估方法中步驟2的峰值識別示意圖； 圖3為本發(fā)明評估方法中步驟3峰值序列P的概率分布擬合曲線示意圖； 圖4為采用驗算點法計算本發(fā)明評估方法中步驟5可靠度β的計算流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015] W下詳細對本發(fā)明的技術方案作進一步地詳細介紹，但本發(fā)明的保護范圍并不局 限于此。
[0016] 實施例1 如圖1所示，一種基于長期曉度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝±橋梁剛度可靠度評估方法，其包括如 下步驟： 步驟1、對監(jiān)測的橋梁曉度數(shù)據(jù)進行預處理(在獲取橋梁關鍵截面的長期曉度監(jiān)測數(shù)據(jù) 后，首先進行數(shù)據(jù)的歸零、去噪、w及奇異值剔除操作，該功能也可在數(shù)據(jù)采集設備軟件中 預先處理完成），得到預處理后的橋梁曉度時程X。
[0017] 步驟2、對步驟1得到的曉度時程X進行峰值識別(見圖2)，得到峰值序列P; 峰值識別如圖2所示。圖2中峰值識別步驟具體如下： a. 對監(jiān)測預處理后數(shù)據(jù)（即預處理后曲線X)進行平滑處理，得到平滑數(shù)據(jù)（即平滑后 的曲線S); b. 給定所需識別的峰值的上、下限pt和pd; C.利用平滑后的曲線S確定在峰值限值[pd'pt]內的極值對應的第i個峰值時刻點tp (i); d. 給定峰值捜索界限[td'tt]; e. 在峰值捜索界限[td' tt]內根據(jù)預處理數(shù)據(jù)(即預處理后曲線X)捜索監(jiān)測數(shù)據(jù)的峰 值序列P。
[0018] 圖2中，預處理后曲線X為經(jīng)步驟1預處理后的真實監(jiān)測曉度時程曲線，平滑后曲線 S為數(shù)據(jù)經(jīng)過平滑處理后的時程曲線，峰值上限Pt和峰值下限Pd分別為人為定義的需要識別 的峰值的上、下限值，峰值時刻tp(l)為平滑曲線中出現(xiàn)第1個峰值時對應的監(jiān)測時刻，峰值 捜索界限[td' tt]為人為定義的在平滑曲線峰值時刻前后進行峰值捜索的范圍。峰值p(l) 和峰值P (2)分別為該段時程曲線內識別出的峰值序列。
[0019] 步驟3、根據(jù)峰值序列P進行曉度峰值的概率分布擬合，并進行擬合檢驗，得到曉度 峰值的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)； 圖3為峰值序列P的概率分布擬合曲線示意圖，根據(jù)擬合曲線可W得到峰值的概率密度 函數(shù)f (P)、平均值μ(Ρ)和變異系數(shù)S(p)。擬合過程為： a. 根據(jù)峰值序列P，繪制頻率分布直方圖； b. 判斷曉度峰值所服從的概率分布類型，進行概率分布擬合； C.對擬合結果進行檢驗，判斷擬合效果。
[0020] 步驟4、建立計算橋梁剛度可靠度的功能函數(shù)方程Z;具體為:建立計算橋梁剛度可 靠度的功能函數(shù)方程Z=aw-f;其中， f:為實測曉度變量，其概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)由步驟3獲得； W:為根據(jù)橋梁設計規(guī)范得到的正常使用狀態(tài)下的曉度； α:為計算不確定性系數(shù)，其標準值為1.0，變異系數(shù)可取0.266。
[0021] 在進行正常使用狀態(tài)下的曉度W計算時，各計算參數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變 異系數(shù)應符合GB/T50283《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》的規(guī)定。
[0022] 步驟5、計算可靠度指標β。具體為:根據(jù)步驟4所得的功能函數(shù)方程Z、W及功能函 數(shù)方程Z中各變量（即w、f)的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)計算剛度可靠度指標，求解 可采用一次二階矩方法(如設計驗算點法)進行Matlab編程實現(xiàn)。
[0023] 圖4為基于驗算點法計算橋梁的剛度可靠度計算流程示意圖。根據(jù)橋梁的結構類 型(鋼筋混凝±橋梁或預應力混凝±橋梁等），按照步驟4建立功能函數(shù)方程Z;根據(jù)步驟3確 定的曉度f的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)，而后可根據(jù)圖4所示的計算流程，迭代確定 橋梁實際剛度水平相對于理想設計狀態(tài)的可靠度指標，從而對橋梁的運營狀態(tài)做出評估。
【主權項】
1. 一種基于長期撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝土橋梁剛度可靠度評估方法，其特征在于，包括 如下步驟： 步驟1、對監(jiān)測的橋梁撓度數(shù)據(jù)進行預處理，得到真實的橋梁撓度時程X; 步驟2、對步驟1得到的撓度時程X進行峰值識別，得到峰值序列p; 步驟3、根據(jù)峰值序列p進行撓度峰值的概率分布擬合，并進行擬合檢驗，得到撓度峰值 的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)； 步驟4、建立計算橋梁剛度可靠度的功能函數(shù)方程Z; 步驟5、計算可靠度指標β。2. 根據(jù)權利要求1所述基于長期撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝土橋梁剛度可靠度評估方法，其 特征在于，所述的步驟2包括以下步驟： a. 對撓度時程X進行平滑處理，然后對需求的峰值區(qū)間進行界定； b. 采用平滑曲線確定出現(xiàn)峰值的時刻； c. 在出現(xiàn)峰值時刻的兩側搜索獲得撓度的最大值。3. 根據(jù)權利要求1所述基于長期撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝土橋梁剛度可靠度評估方法，其 特征在于，步驟4具體為:建立計算橋梁剛度可靠度的功能函數(shù)方程Z=aw-f;其中， f:為實測撓度變量，其概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)由步驟3獲得； w:為根據(jù)橋梁設計規(guī)范得到的正常使用狀態(tài)下的撓度； a:為計算不確定性系數(shù)。4. 根據(jù)權利要求3所述基于長期撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝土橋梁剛度可靠度評估方法，其 特征在于，進行正常使用狀態(tài)下的撓度w計算時，各計算參數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變 異系數(shù)應符合GB/T50283《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》的規(guī)定。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于長期撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的混凝土橋梁剛度可靠度評估方法，其包括如下步驟：1）對監(jiān)測的橋梁撓度數(shù)據(jù)進行預處理，得到真實的橋梁撓度時程<i>x</i>；2）對步驟1得到的撓度時程<i>x</i>進行峰值識別，得到峰值序列<i>p</i>；3）根據(jù)峰值序列<i>p</i>進行撓度峰值的概率分布擬合，并進行擬合檢驗，得到撓度峰值的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)；4）建立計算橋梁剛度可靠度的功能函數(shù)方程<i>Z</i>；5）計算可靠度指標<i>β</i>。該方法中功能函數(shù)方程<i>Z</i>既包括橋梁的實際運營信息，也涵蓋橋梁的設計參數(shù)，用于評估橋梁實際剛度水平相對于理想設計狀態(tài)的可靠度指標，尤其適用于橋梁健康監(jiān)測中基于撓度數(shù)據(jù)的橋梁狀態(tài)評估。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105488352
【申請?zhí)枴緾N201510912331
【發(fā)明人】唐國斌, 程坤, 馬赟
【申請人】河南省交通科學技術研究院有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月11日