連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，涉及橋梁安全領(lǐng)域，該方法包括如下步驟，步驟a：采集連續(xù)鋼桁拱橋中的弦桿溫度數(shù)據(jù)，并計(jì)算鋼桁拱橋整體溫度以及弦桿之間溫差的實(shí)測值；步驟b：采集連續(xù)鋼桁拱橋中的盆式橡膠支座縱向位移數(shù)據(jù)；步驟c：利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)建立支座縱向位移與鋼桁拱橋整體溫度、弦桿之間溫差的數(shù)學(xué)模型；步驟d：利用測試數(shù)據(jù)計(jì)算縱向位移殘差序列；步驟e：利用殘差序列的主要變化趨勢進(jìn)行支座損傷識別與定位。本發(fā)明建立的數(shù)學(xué)模型同時(shí)考慮了縱向位移與整體溫度以及溫差之間的相關(guān)特性，使得支座損傷診斷和定位結(jié)果更準(zhǔn)確，且能從若干支座中準(zhǔn)確診斷和定位出損傷支座。
【專利說明】
連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及橋梁安全領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷 和定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 盆式橡膠支座構(gòu)造簡單、加工制作容易、成本低、安裝方便，并具有減震、抗震、變 形量大等突出優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中。在橋梁運(yùn)營初期，盆式橡膠支座 內(nèi)部聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)較低，能夠允許較大的縱向位移;然而，隨著 服役時(shí)間增長，這一摩擦系數(shù)隨著盆式橡膠支座損傷而不斷增加，支座縱向位移受到嚴(yán)重 的摩擦力約束。因此及時(shí)診斷出受損傷的盆式橡膠支座對于橋梁安全具有重要意義。
[0003] 已有研究表明，支座縱向位移與主梁溫度場之間具有一定相關(guān)特性。若支座損傷 發(fā)生，這一相關(guān)特性必然會發(fā)生異常變化。因此可利用支座縱向位移與主梁溫度場之間的 相關(guān)特性來對支座進(jìn)行損傷診斷和定位。
[0004] 但是，目前的方法對于連續(xù)鋼桁拱橋的支座損傷診斷和定位尚有以下不足：（1)現(xiàn) 有方法僅考察支座縱向位移與鋼拱桁梁整體溫度之間的相關(guān)特性，然而連續(xù)鋼桁拱橋存在 較大拱高，使得弦桿之間產(chǎn)生較大溫差，這一溫差也會對支座縱向位移產(chǎn)生影響；（2)現(xiàn)有 研究方法尚未提出多個(gè)支座同時(shí)損傷時(shí)的診斷和定位方法，連續(xù)鋼桁拱橋會有多個(gè)支座， 未損傷支座的相關(guān)特性會因損傷支座的影響同樣表現(xiàn)出異常變化，因此如何從若干支座中 準(zhǔn)確診斷和定位出包含損傷的支座是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠 支座的損傷診斷和定位方法，該方法可以從若干支座中準(zhǔn)確診斷和定位出包含損傷的支 座。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的 損傷診斷和定位方法，該方法包括如下步驟，
[0007] 步驟a.采集兩個(gè)相連續(xù)的時(shí)間段U和時(shí)間段1^2內(nèi)連續(xù)鋼桁拱橋跨中同一截面上的 上弦桿、下弦桿和橋面弦桿的溫度，在所述時(shí)間段1^和時(shí)間段1^ 2內(nèi)各自計(jì)算同一采樣點(diǎn)下所 述連續(xù)鋼桁拱橋整體溫度即所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫度的平均值以及所述上弦 桿、下弦桿和橋面弦桿兩兩之間的溫度差值；
[0008] 步驟b.采集所述時(shí)間段LdP時(shí)間段L2內(nèi)除固定支座之外的盆式橡膠支座的縱向位 移，且所述縱向位移和所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫度的采樣頻率相同；
[0009] 步驟c.建立所述盆式橡膠支座的縱向位移與所述連續(xù)鋼桁拱橋整體溫度、所述上 弦桿、下弦桿和橋面弦桿相互之間的溫差的數(shù)學(xué)模型；
[0011]將所述時(shí)間段Ll內(nèi)得到的所述同一采樣點(diǎn)下所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫度 的平均值和上弦桿、下弦桿和橋面弦桿兩兩之間的溫度差值以及所述盆式橡膠支座的縱向 位移帶入所述數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)最小二乘法確定所述數(shù)學(xué)模型中&,1，\1,2，\ 1,3，\1,4的取值；
[0012] 式中，爲(wèi)是第i個(gè)盆式橡膠支座縱向位移的模擬值，且所述盆式橡膠支座按照離所 述固定支座由遠(yuǎn)到近的順序排序;Ta、T 12、T13和T23分別為所述時(shí)間段LdP時(shí)間段1^內(nèi)所述連 續(xù)鋼桁拱橋整體溫度的實(shí)測值、上弦桿與下弦桿之間溫差的實(shí)測值、上弦桿與橋面弦桿之 間溫差的實(shí)測值、下弦桿與橋面弦桿之間溫差的實(shí)測值，\,1義,2義, 3和1^4分別1'￡1、1'12、1'13 和T23的權(quán)重，Ci是常數(shù)項(xiàng)；i = 1，2，. . . η;
[0013] 步驟d.將所述時(shí)間段L2內(nèi)得到的所述同一采樣點(diǎn)下所述上弦桿、下弦桿和橋面弦 桿溫度的平均值和上弦桿、下弦桿和橋面弦桿兩兩之間的溫度差值帶入所述數(shù)學(xué)模型，計(jì) 算所述々.，并將所述爲(wèi)與所述時(shí)間段L 2ft同一采樣點(diǎn)下所述盆式橡膠支座的縱向位移相減 得到A Di，進(jìn)一步計(jì)算相鄰的所述Δ Di之間的殘差序列Δ心:其中
[0014] ARi= ADi-ADi+i (i = l，2, · · ·，n_l) (2a)
[0015] Δ Ri= Δ Dn (i=n) (2b)
[0016] 步驟e.利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法提取所述殘差序列Ah的主要變化趨勢AEi，將所述 AEi除以δ,得到摩擦力的主要變化趨勢AF1:
[0017] AFi= ΔΕι/δ? (3)
[0018] 式中，當(dāng)i<n時(shí)，為所述連續(xù)鋼桁拱橋在第i個(gè)盆式橡膠支座與第i + 1個(gè)盆式橡 膠支座之間節(jié)段的縱向伸縮柔度；當(dāng)i = n時(shí)，δ,為所述連續(xù)鋼桁拱橋在第n個(gè)盆式橡膠支座 與固定支座之間節(jié)段的縱向伸縮柔度；
[0019] 當(dāng)i = 1時(shí)，若Δ Fi呈現(xiàn)上升趨勢，則表明第一個(gè)盆式橡膠支座處于損傷狀態(tài)；當(dāng)i =2, . . .，n時(shí)，若Δ Fi呈現(xiàn)上升趨勢且Δ Δ Fi，則表明第i個(gè)盆式橡膠支座處于損傷狀 ??τ 〇
[0020] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟a中采用溫度傳感器采集所述上弦桿、下弦桿 和橋面弦桿的溫度。
[0021] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述時(shí)間段LdP時(shí)間段。總和大于8個(gè)月，且所述時(shí)間 段1^大于6個(gè)月。
[0022] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述采樣頻率在1/600Ηζ-1Ηz之間選取。
[0023] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述盆式橡膠支座的數(shù)量為7組。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0025] (1)本發(fā)明中的續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù) 未考慮縱向位移與溫差之間相關(guān)特性的缺點(diǎn)，即本發(fā)明同時(shí)考慮了縱向位移與整體溫度以 及溫差(上弦桿與下弦桿之間溫差、上弦桿與橋面弦桿之間溫差、下弦桿與橋面弦桿之間溫 差)之間的相關(guān)特性，使得建立的數(shù)學(xué)模型更能全面準(zhǔn)確地反映相關(guān)特性的真實(shí)信息，有效 保證了對支座損傷診斷和定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0026] (2)本發(fā)明還提出了如何從若干支座中準(zhǔn)確診斷和定位出損傷支座的方法，現(xiàn)有 技術(shù)僅能從整體上把握橋梁支座存在損傷，但無法指出損傷支座的具體位置，導(dǎo)致橋檢人 員無法及時(shí)地對損傷支座進(jìn)行維護(hù)和更換，而本方法有效地克服了這一缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例大勝關(guān)長江大橋正立面圖；
[0028] 圖2為沿圖1的1-1截面位置的上弦桿、下弦桿和橋面弦桿上的溫度傳感器布置圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例&的時(shí)程變化趨勢；
[0030] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例為A的時(shí)程變化趨勢；
[0031 ]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)程變化趨勢；
[0032] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例第一組支座的縱向位移與整體溫度之間的相關(guān)特性；
[0033] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例第一組支座的縱向位移與之間的相關(guān)特性；
[0034] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例第一組支座的縱向位移與石從之間的相關(guān)特性；
[0035] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例第一組支座的縱向位移與乙之間的相關(guān)特性；
[0036] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例殘差序列Afo的時(shí)程變化趨勢；
[0037]圖11為本發(fā)明實(shí)施例殘差序列AR2的時(shí)程變化趨勢；
[0038]圖12為本發(fā)明實(shí)施例殘差序列AR3的時(shí)程變化趨勢；
[0039] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例AFi的時(shí)程變化趨勢。
[0040] 圖中：卜上弦桿，2-下弦桿，3-橋面弦桿，4-溫度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0042 ]本發(fā)明的一種連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，該方法包括如 下步驟：
[0043] 步驟a:采集連續(xù)鋼桁拱橋中的弦桿溫度數(shù)據(jù)，并計(jì)算鋼桁拱橋整體溫度以及弦桿 之間溫差的實(shí)測值：
[0044] 將溫度傳感器4配接到溫度采集系統(tǒng)中，采集連續(xù)鋼桁拱橋在跨中同一截面的上 弦桿1、下弦桿2和橋面弦桿3的溫度數(shù)據(jù)，對應(yīng)的溫度采集結(jié)果分別采用T^TdPTs表示，采 樣時(shí)間長度為L個(gè)月，本發(fā)明中的采樣時(shí)間L大于8個(gè)月，采樣頻率可在[l/600Hz，1Hz ]之間 選??；
[0045] 將采樣時(shí)間L劃分為2個(gè)時(shí)間段"和!^，其中U 2 6。在時(shí)間長度U內(nèi)的上弦桿1、下 弦桿2和橋面弦桿3的溫度實(shí)測值作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)并分別記為$A，7^和Γ 3Α，在時(shí)間長度L2 內(nèi)的上弦桿1、下弦桿2和橋面弦桿3的溫度實(shí)測值作為測試數(shù)據(jù)并分別記為，？^:和
[0046] 在時(shí)間長度1^內(nèi)，連續(xù)鋼桁拱橋整體溫度的實(shí)測值為+7；a)/3，上 弦桿1與下弦桿2之間溫差的實(shí)測值為Αα, =$4 -7^，上弦桿1與橋面弦桿3之間溫差的實(shí) 測值，下弦桿2與橋面弦桿3之間溫差的實(shí)測值Γ23,Α = & -7^。
[0047]在時(shí)間長度L2內(nèi)，按照在時(shí)間長度。內(nèi)同樣的處理方法得到鋼桁拱橋整體溫度的 實(shí)測值（?，上弦桿1與下弦桿2之間溫差的實(shí)測值仏4，上弦桿1與橋面弦桿3之間溫差的實(shí) 測值％^，下弦桿2與橋面弦桿3之間溫差的實(shí)測值疋％。
[0048] 步驟b:采集連續(xù)鋼桁拱橋中的盆式橡膠支座縱向位移數(shù)據(jù)：
[0049] 利用配接到位移采集系統(tǒng)的縱向位移計(jì)，同時(shí)采集連續(xù)鋼桁拱橋中的各盆式橡膠 支座的縱向位移數(shù)據(jù)，由于固定支座的縱向位移受到約束，因此固定支座處的縱向位移不 用采集。此外，認(rèn)為同一截面的上下右兩側(cè)支座縱向位移是相接近的，因此同一截面僅采集 上游側(cè)或下游側(cè)支座的縱向位移。按照離固定支座由遠(yuǎn)到近的順序?qū)v向位移采集結(jié)果分 別采用D^Ds，...，D n表示，其中η為盆式橡膠支座個(gè)數(shù)，具體地說，若固定支座沒有位于連續(xù) 鋼桁拱梁的端部，η僅為固定支座一側(cè)的盆式橡膠支座個(gè)數(shù)。本步驟中的采樣時(shí)間長度與步 驟a-樣，均為為L個(gè)月，采樣頻率也與步驟a中溫度采樣頻率相同；此外也將采樣時(shí)間L分為 步驟a中的時(shí)間段LdP時(shí)間段L 2。
[0050] 將時(shí)間長度U內(nèi)的縱向位移實(shí)測值作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)并分別記為A.,.，，將 時(shí)間長度1^內(nèi)的縱向位移實(shí)測值作為測試數(shù)據(jù)并分別記為
[0051] 步驟c:利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)建立支座縱向位移與鋼桁拱橋整體溫度、弦桿之間溫差的數(shù) 學(xué)模型：
[0052]本發(fā)明同時(shí)考慮了縱向位移與整體溫度以及上弦桿與下弦桿之間溫差、上弦桿與 橋面弦桿之間溫差、下弦桿與橋面弦桿之間溫差之間的相關(guān)特性，使得建立的數(shù)學(xué)模型更 能全面準(zhǔn)確地反映相關(guān)特性的真實(shí)信息，有效保證了對支座損傷診斷和定位結(jié)果的準(zhǔn)確 性。
[0053]盆式橡膠支座縱向位移與鋼拱橋整體溫度、弦桿之間溫差的數(shù)學(xué)模型采用下式表 示：
[0054] Α = Α'Λ + H + H +c, ( 1.)
[0055] 式中，鳥是第i個(gè)盆式橡膠支座縱向位移的模擬值;Ta是連續(xù)鋼拱橋整體溫度的實(shí) 測值，即!^是&和7^的集合，7>{^.1，^;!'12是上弦桿1與下弦桿2之間溫差的實(shí)測值， 艮的集合，丨;T13是上弦桿1與橋面弦桿3之間溫差的實(shí)測值， 即Τ13是7^,和的集合，是下弦桿2與橋面弦桿3之間溫差的實(shí)測值， 艮P 丁23是^ 4 和4的集合，& = ; λ?, 1、λ?, 2、λ?, 3和λ?, 4分別是Ta、Tl2、Tl3和T23 的權(quán) 重;ci是 1?數(shù)項(xiàng);i = l,2,. . .η。
[0056] 基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)，將第i個(gè)盆式橡膠支座縱向位移的實(shí)測值代入在，即Α ，又將 ％乂和^4.分別代入Ta、Tl2、Tl3 和 丁23，即& = ^二^^， 利用最小二乘法確定&,1、1^2、1^3、\^4和(^的最佳取值，其中最小二乘法是一種通過最小 化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配的方法，在參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域已得到普遍使用。
[0057] 步驟d:利用測試數(shù)據(jù)計(jì)算縱向位移殘差序列：
[0058] 分別將、心.i,、和乃3士代入式（1 )中的T a、T i 2、T i 3和T 2 3，即 = ，I = ，『23 =巧3 ，計(jì)算出馬，將A與相減得到Δ Di，進(jìn)一步 計(jì)算相鄰A 0,之間的殘差序列△心:其中
[0059] ARi= ADi-ADi+i (i = l，2, · · ·，n_l) (2a)
[0060] Δ Ri= Δ Dn (i=n) (2b)
[0061] 步驟e:利用殘差序列的主要變化趨勢進(jìn)行支座損傷識別與定位：
[0062] 利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法提取出Δ R,的主要變化趨勢并記為Δ Ei，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法是 依據(jù)數(shù)據(jù)自身的時(shí)間尺度特征進(jìn)行信號分解，無須預(yù)先設(shè)定任何基函數(shù)，因此可以自適應(yīng) 地將△心分解為若干個(gè)本征模函數(shù)和一個(gè)余項(xiàng)△ Ei，在工程信號分析領(lǐng)域中得到普遍采用。 [0063] AEi除以δι得到摩擦力的主要變化趨勢AFi:
[0064] AFi= ΔΕι/δ? (3)
[0065] 式中，當(dāng)i<n時(shí)，31是鋼桁拱梁在第i個(gè)支座與第i + 1個(gè)支座之間節(jié)段的縱向伸縮 柔度；當(dāng)i=n時(shí)，31是鋼桁拱梁在第n個(gè)支座與固定支座之間節(jié)段的縱向伸縮柔度。伸縮柔 度心是常量，它是力學(xué)的一個(gè)概念，對第i個(gè)支座與第i+Ι個(gè)支座之間的梁節(jié)段施加單位1的 軸向力時(shí)，此梁節(jié)段發(fā)生的縱向位移伸縮量即為心。
[0066] 然后利用AFi對盆式橡膠支座進(jìn)行損傷識別和定位：當(dāng)i = l時(shí)，如果ΔΚ呈現(xiàn)出上 升趨勢，說明第1個(gè)盆式橡膠支座處于損傷狀態(tài)；當(dāng)i = 2，...，n時(shí)，如果AFi呈現(xiàn)出上升趨 勢且Δ Fn < Δ Fi，說明第i個(gè)盆式橡膠支座處于損傷狀態(tài)。
[0067]下面以大勝關(guān)長江大橋盆式橡膠支座為例，說明本發(fā)明的具體實(shí)施過程。
[0068] (1)大勝關(guān)長江大橋共有7組盆式橡膠支座，其中第4組盆式橡膠支座為固定支座， 如圖1所示。由于大勝關(guān)長江大橋具有結(jié)構(gòu)對稱性，因此僅取其左對稱部分的盆式橡膠支座 分析；
[0069] (2)參見圖2所示，在上弦桿1、下弦桿2和橋面弦桿3上分別布置溫度傳感器4,持續(xù) 采集這三個(gè)弦桿自2013年3月至2013年10月的溫度數(shù)據(jù)，可知時(shí)間段1^為8個(gè)月，對應(yīng)的采 集結(jié)果分別采用 7U和表示并作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。然后計(jì)算連續(xù)鋼桁拱橋整體溫度的 實(shí)測值tv，上弦桿1與下弦桿2之間溫差的實(shí)測值$?，上弦桿1與橋面弦桿3之間溫差的實(shí) 測值 7kv，下弦桿2與橋面弦桿3之間溫差的實(shí)測值?^,，其中k的時(shí)程變化趨勢如圖3所 不。
[0070] (3)大勝關(guān)長江大橋的左對稱部分有三組盆式橡膠支座，在每組盆式橡膠支座上 安裝一個(gè)縱向位移傳感器，持續(xù)采集這三組盆式橡膠支座自2013年3月至2013年10月的縱 向位移數(shù)據(jù)，對應(yīng)的采集結(jié)果分別采甩Aa，表示并作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，其中貧+的 時(shí)程變化趨勢如圖4所示；
[0071] (4)由于盆式橡膠支座損傷是一個(gè)長期緩慢的過程，短時(shí)間內(nèi)的監(jiān)測結(jié)果不具有明顯 的支座損傷信息，難以作為測試數(shù)據(jù)來驗(yàn)證本方法的有效性和準(zhǔn)確性。因此采用模擬方法來獲 取測試數(shù)據(jù)，即在溫度測試數(shù)據(jù)仍然選用&，&和，即在& = =7^=? 的基礎(chǔ)上，假定三組盆式橡膠支座在2013年3月至2013年10月內(nèi)存在各自的損傷曲線，第一 組盆式橡膠支座的摩擦力增長趨勢為4/；,L27f，其中t的單位為小時(shí)。第二組盆式橡 膠支座的摩擦力增長趨勢為八5,8(〇=0.817丨 2，第三組盆式橡膠支座的摩擦力增長趨勢 為八6,8(〇=0.710丨2，按此假設(shè)模擬得到三組盆式橡膠支座的縱向位移測試數(shù)據(jù)為 ，其中Z)u:的時(shí)程變化趨勢如圖5所示;此外，通過計(jì)算得到連續(xù)鋼桁拱 橋整體溫度的實(shí)測值，上弦桿1與下弦桿2之間溫差的實(shí)測值，上弦桿1與橋面弦桿3 之間溫差的實(shí)測值7，下弦桿2與橋面弦桿3之間溫差的實(shí)測值乙,?:。
[0072] 首先繪制第一組盆式橡膠支座的縱向位移與整體溫度之間的相關(guān)特性，參見圖6 所示，可以看出兩者呈現(xiàn)出良好的線性相關(guān)特性。在扣除溫度影響后，進(jìn)一步繪制第一組支 座的縱向位移與仏^、1?之間的相關(guān)特性分別如圖7、圖8和圖9所示，可以看出縱 向位移與溫差亦呈現(xiàn)出一定的線性相關(guān)特性，因此考慮縱向位移與溫差之間的相關(guān)特性很 有必要。
[0073] (5)基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)，將第i個(gè)支座縱向位移的實(shí)測值代入?(? = 1，2,.. .3)，即Α ， N ^,￡^P^23,ii^SlJ/i^ATaNTl2NTl3iPT23jBP^' TV,=TU.l,' 利用最小二乘法確定1^、11,2、\1,3、\1,4和(^的最佳取值，其最佳取值如表1所示；
[0074] 表1人"義…人以義^和以的最佳取值
[0075]
[0076] ( 6 )分別將 7a,￡2:、$2,.??3,Ι:和 代入式（1)中的 Ta、Tl2、Tl3 和 T23,即 C = ，A =石2』:，A = Α,ν，^ = '計(jì)算出為，將為與Α,Χ:相減得到Δ Di，進(jìn)一步 計(jì)算相鄰A Di之間的殘差序列Δ Ri:其中（i = 1，2，. . . 3)，Δ Ri、Δ R2和Δ R3的變化趨勢分別 如圖10、圖11和圖12所示。
[0077] (7)利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法提取出AR,的主要變化趨勢并記為ΔΕη AEi除以δ,得到 摩擦力的主要變化趨勢AFi如圖13所示，然后利用AFi對盆式橡膠支座進(jìn)行損傷識別和定 位：
[0078] 當(dāng)i = l時(shí)，AFi呈現(xiàn)出上升趨勢，說明第1組盆式橡膠支座處于損傷狀態(tài)；
[0079] 當(dāng)i = 2時(shí)，AF2呈現(xiàn)出上升趨勢且說明第2個(gè)盆式橡膠支座處于損傷 狀態(tài)；
[0080] 當(dāng)i = 3時(shí)，AF3呈現(xiàn)出上升趨勢且AF2< AF3,說明第3組盆式橡膠支座處于損傷 狀態(tài)；
[0081] 可以看出盆式橡膠支座的損傷診斷與定位結(jié)果與假定一致，驗(yàn)證了本發(fā)明的有效 性和準(zhǔn)確性。
[0082] 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離 本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，其特征在于：該方法包括 如下步驟， 步驟a.采集兩個(gè)相連續(xù)的時(shí)間段U和時(shí)間段1^2內(nèi)連續(xù)鋼桁拱橋跨中同一截面上的上弦 桿、下弦桿和橋面弦桿的溫度，在所述時(shí)間段U和時(shí)間段1^2內(nèi)各自計(jì)算同一采樣點(diǎn)下所述連 續(xù)鋼桁拱橋整體溫度即所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫度的平均值以及所述上弦桿、下 弦桿和橋面弦桿兩兩之間的溫度差值； 步驟b.采集所述時(shí)間段U和時(shí)間段1^2內(nèi)除固定支座之外的盆式橡膠支座的縱向位移， 且所述縱向位移和所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫度的采樣頻率相同； 步驟c.建立所述盆式橡膠支座的縱向位移與所述連續(xù)鋼桁拱橋整體溫度、所述上弦 桿、下弦桿和橋面弦桿相互之間的溫差的數(shù)學(xué)模型；(1) 將所述時(shí)間段U內(nèi)得到的所述同一采樣點(diǎn)下所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫度的平 均值和上弦桿、下弦桿和橋面弦桿兩兩之間的溫度差值以及所述盆式橡膠支座的縱向位移 帶入所述數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)最小二乘法確定所述數(shù)學(xué)模型中\(zhòng), 1，\,2，\1,3，\1, 4的取值； 式中，為是第i個(gè)盆式橡膠支座縱向位移的模擬值，且所述盆式橡膠支座按照離所述固 定支座由遠(yuǎn)到近的順序排序;Ta、T12、T13和T23分別為所述時(shí)間段U和時(shí)間段1^ 2內(nèi)所述連續(xù)鋼 桁拱橋整體溫度的實(shí)測值、上弦桿與下弦桿之間溫差的實(shí)測值、上弦桿與橋面弦桿之間溫 差的實(shí)測值、下弦桿與橋面弦桿之間溫差的實(shí)測值，\,1義,2義,3和1^4分別1' ￡1、1'12、1'13和丁23 的權(quán)重，Ci是常數(shù)項(xiàng);i = l，2，...n; 步驟d.將所述時(shí)間段L2內(nèi)得到的所述同一采樣點(diǎn)下所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿溫 度的平均值和上弦桿、下弦桿和橋面弦桿兩兩之間的溫度差值帶入所述數(shù)學(xué)模型，計(jì)算所 述，并將所述爲(wèi)與所述時(shí)間段L2內(nèi)同一采樣點(diǎn)下所述盆式橡膠支座的縱向位移相減得到 Δ Di，進(jìn)一步計(jì)算相鄰的所述Δ Di之間的殘差序列Δ Ri:其中 ARi= ADi-ADi+i(i = l，2, · · ·，n_l) (2a) Δ Ri= Δ Dn(i = n) (2b) 步驟e.利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法提取所述殘差序列A心的主要變化趨勢△ Ei，將所述Δ Ei 除以心得到摩擦力的主要變化趨勢A h: AFi= AEi/5i (3) 式中，當(dāng)i<n時(shí)，為所述連續(xù)鋼桁拱橋在第i個(gè)盆式橡膠支座與第i+1個(gè)盆式橡膠支座 之間節(jié)段的縱向伸縮柔度；當(dāng)i=n時(shí)，為所述連續(xù)鋼桁拱橋在第η個(gè)盆式橡膠支座與固定 支座之間節(jié)段的縱向伸縮柔度； 當(dāng)i = l時(shí)，若Δ Fi呈現(xiàn)上升趨勢，則表明第一個(gè)盆式橡膠支座處于損傷狀態(tài)；當(dāng)i = 2，. . .，η時(shí)，若Δ Fi呈現(xiàn)上升趨勢且Δ Fh < Δ Fi，則表明第i個(gè)盆式橡膠支座處于損傷狀態(tài)。2. 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，其特征在 于:所述步驟a中采用溫度傳感器采集所述上弦桿、下弦桿和橋面弦桿的溫度。3. 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，其特征在 于:所述時(shí)間段LdP時(shí)間段1^總和大于8個(gè)月，且所述時(shí)間段1^大于6個(gè)月。4. 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，其特征在 于:所述采樣頻率在1/600Ηζ-1Ηz之間選取。5.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)鋼桁拱橋盆式橡膠支座的損傷診斷和定位方法，其特征在 于:所述盆式橡膠支座的數(shù)量為7組。
【文檔編號】E01D19/04GK105868493SQ201610229900
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】吳來義, 岳青, 劉華, 劉忠誠, 張濤, 劉有橋, 戴新軍, 鄧龍飛, 張少華, 毛國輝, 王高新
【申請人】中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 中鐵大橋（南京）橋隧診治有限公司