CN109376367A - 一种关于桥梁应变预警的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种关于桥梁应变预警的方法，包括以下步骤：S1、选取若干天某一个检测点的温度数据和桥梁应变数据；S2、对该检测点每天的桥梁应变数据通过雨流计数法分解，获得分解图；S3、根据每天的温度数据，获得温度差数据；S4、对于步骤S3中的温度差数据和步骤S2中的每日温度应变循环幅值数据进行最小二乘拟合，获得应变‑温度差关系的拟合曲线；S5、在应变‑温度差关系的拟合曲线向上和向下平移设定值，分别获得上限曲线和下限曲线；S6、计算出该检测点以后的每日温度应变循环幅值和以后每日的温度差数据，判断以后的每日温度应变循环幅值是否处于上限曲线和下限曲线之间，如果不在该区间，系统发出预警。该发明可以反映桥梁的实际运营状态。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是一种关于桥梁应变预警的方法。
背景技术
桥梁工程是关系社会和经济协调发展的生命线工程。尤其是随着我国高速公路的快速发展，及国家“五纵七横”12条国道主干线全部建成，桥梁行业发展重心将逐渐由“新建”转向“管养”。然而近些年，由于超载、撞击、违法作业、自然灾害或环境变化等因素的显著作用，使得我国危桥数量居高不下，国内国外重大基础建设安全事故频发。此外，我国有40％的桥梁建于20世纪90年代及以前，而桥梁病害集中暴露区集中在建成投入使用的20-30年后，因此可以预见在未来的10到20年内，我国必将提前迎来大范围的桥梁老化现象，桥梁正逐步进入风险高发期。
限于研究手段和测试技术，以往桥梁结构的损伤检测和状态评估主要以无损探伤和人工检查为主，只能在人力所及范围内的结构和构件上出现肉眼可见的缺陷时方可见效。显然这种传统的检测和评估手段已经远远落后于形势的要求。在桥梁运营过程中，采用在线安全监测系统实时监并分析测桥梁运行状态显得尤为重要。
目前国内外很多桥梁监测项目和技术中，对于监测到的桥梁数据只进行了表面上的数据分析，并没有通过数据探究桥梁的自身特性和状态是否发生了改变。但是桥梁的损伤和性能的退化是一个缓慢的潜移默化的过程，仅仅针对数据幅值是否超过预警值进行监测和分析的话，很难发现结构发生的损伤，也不能很好的起到保障桥梁安全运营和防患于未然的目的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种关于桥梁应变预警的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种关于桥梁应变预警的方法，包括以下步骤：
S1、选取若干天某一个检测点的温度数据和桥梁应变数据；
S2、对该检测点每天的桥梁应变数据通过雨流计数法分解，将不同幅值的应变循环分离开，获得分解图，根据温度效应特性确定温度效应引起的结构应变在分解图中位置，获得每日温度应变循环幅值；
S3、根据每天的温度数据，计算每天该监测点的最大温度差，获得温度差数据；
S4、对于步骤S3中的温度差数据和步骤S2中的每日温度应变循环幅值数据进行最小二乘拟合，获得应变-温度差关系的拟合曲线；
S5、在应变-温度差关系的拟合曲线向上和向下平移设定值，分别获得上限曲线和下限曲线，上限曲线和下限曲线作为参考依据；
S6、获得参考数据后，根据步骤S5获得的参考数据，按照步骤S2计算出该检测点以后的每日温度应变循环幅值和以后每日的温度差数据，根据以后每日的温度差数据判断以后的每日温度应变循环幅值是否处于上限曲线和下限曲线之间，如果不在该区间，系统发出预警。
详细地说，若干天为15天。
详细地说，所述步骤S1中应变数据由两部分共同组成，一部分是温度引起的应变响应，另一部分是外荷载引起的应变响应。
详细地说，所述拟合曲线在温度差为0处对应的应变为第一应变截距，上限曲线、下限曲线在温度差为0处分别对应的应变为第二应变截距、第三应变截距，第二应变截距为第一应变截距的1.2倍，第三应变截距为第一应变截距的0.8倍。
本发明的优点在于：
(1)本发明通过对桥梁监测的应变和温度数据进行深度挖掘，可以反映桥梁的实际运营状态。
(2)在现有监测系统上，可以监测到每天的应变时程数据，每日的温度实时变化数据，而且数据量众多，在这些数据的基础上，本发明进行每日的温度应变和温度变化的分析，在假设桥梁自身性质没有发生任何变化的基础上，通过大量数据的总结，可以得出应变-温度差关系的拟合曲线。如果日后桥梁的发生老化、性能退化或者支撑性质改变等等自身性质改变，这个对应关系也会随之改变，可以通过这种方式对桥梁自身的性质进行分析和监测。
(3)现有技术中桥梁的监测主要是监测应变，无法直接监测到应力，有的分析方法将应变通过理论分析转换成应力，进行应力分析。然而在转换的过程中，难免会出现数据失真，转换出的应力和结构的真实应力响应还是有差距，本发明直接使用结构测得的应变响应进行分析，避免了二次转换带来的数据误差。
(4)本发明适用于所有测点和桥梁的分析桥梁应变-温度差关系的统一算法，实现在大数据基础上的对桥梁性能的批量计算，本方法通过雨流计数法，将一天内的应变数据中的温度应变循环幅值分离出来，排除外荷载对应变的幅值影响，并与每天的最大温度差进行分析，来反映结构的应变和温度对应关系。
附图说明
图1为本发明一种关于桥梁应变预警的方法中步骤流程图。
图2为本发明一种关于桥梁应变预警的方法中应变趋势示意图。
图3为本发明一种关于桥梁应变预警的方法中应变型号分解示意图。
图4为本发明一种关于桥梁应变预警的方法获得的应变-温度差关系的拟合曲线。
具体实施方式
如果桥梁系统发生多起报警和响应幅值超标的现象，或者发生重大突发状况(如车、船撞击或者地震等)，需要对桥梁结构是否发生变化进行辨别，可以通过这种方式来进行分析。桥梁的损伤判别是需要通过对桥梁的两个状态进行对比的，可以通过选取一段正常时间段内的数据进行分析，得到桥梁每个测点处温度和应变的关系样本，如图1所示，具体操作如下：
S1、选取15天某一个检测点的温度数据和桥梁应变数据，每日的应变数据的趋势如图2所示，应变数据由两部分共同组成，一部分是温度引起的应变响应，另一部分是外荷载(主要是车辆)引起的应变响应，其中，温度引起的应变响应占了整个应变响应的很大一部分比重。
S2、对该检测点每天的桥梁应变数据通过雨流计数法分解，将不同幅值的应变循环分离开，获得分解图，如图3所示，根据温度效应特性确定温度效应引起的结构应变在分解图中位置，获得每日温度应变循环幅值，其中温度效应特性为温度效应引起的应变循环周期长，循环次数为1，循环幅值大，循环均值在中间位置，在该图中温度效应引起的结构应变响应在A点处。
S3、根据每天的温度数据，计算每天该监测点的最大温度差，获得温度差数据；
S4、对于步骤S3中的温度差数据和步骤S2中的每日温度应变循环幅值数据进行最小二乘拟合，获得应变-温度差关系的拟合曲线，如图4中的拟合曲线；
S5、在应变-温度差关系的拟合曲线向上和向下平移设定值，分别获得上限曲线和下限曲线，上限曲线和下限曲线作为参考依据。所述拟合曲线在温度差为0处对应的应变为第一应变截距，上限曲线、下限曲线在温度差为0处分别对应的应变为第二应变截距、第三应变截距，在该实施例中，第二应变截距为第一应变截距的1.2倍，第三应变截距为第一应变截距的0.8倍，获得如图3中的上限曲线和下限曲线。
S6、获得参考数据后，根据步骤S5获得的参考数据，按照步骤S2计算出该检测点以后的每日温度应变循环幅值和以后每日的温度差数据，根据以后每日的温度差数据判断以后的每日温度应变循环幅值是否处于上限曲线和下限曲线之间，如果不在该区间，系统发出预警。
以桥梁上的真实测点为例，在长达一年的健康监测中，随机挑选13天的应变和温度数据进行分析，分析具体结果如下：
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种关于桥梁应变预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取若干天某一个检测点的温度数据和桥梁应变数据；
S2、对该检测点每天的桥梁应变数据通过雨流计数法分解，将不同幅值的应变循环分离开，获得分解图，根据温度效应特性确定温度效应引起的结构应变在分解图中位置，获得每日温度应变循环幅值；
S3、根据每天的温度数据，计算每天该监测点的最大温度差，获得温度差数据；
S4、对于步骤S3中的温度差数据和步骤S2中的每日温度应变循环幅值数据进行最小二乘拟合，获得应变-温度差关系的拟合曲线；
S5、在应变-温度差关系的拟合曲线向上和向下平移设定值，分别获得上限曲线和下限曲线，上限曲线和下限曲线作为参考依据；
S6、获得参考数据后，根据步骤S5获得的参考数据，按照步骤S2计算出该检测点以后的每日温度应变循环幅值和以后每日的温度差数据，根据以后每日的温度差数据判断以后的每日温度应变循环幅值是否处于上限曲线和下限曲线之间，如果不在该区间，系统发出预警。
2.根据权利要求1所述的一种关于桥梁应变预警的方法，其特征在于，在步骤S1中，若干天为15天。
3.根据权利要求2所述的一种关于桥梁应变预警的方法，其特征在于，所述步骤S1中应变数据由两部分共同组成，一部分是温度引起的应变响应，另一部分是外荷载引起的应变响应。
4.根据权利要求3所述的一种关于桥梁应变预警的方法，其特征在于，所述拟合曲线在温度差为0处对应的应变为第一应变截距，上限曲线、下限曲线在温度差为0处分别对应的应变为第二应变截距、第三应变截距，第二应变截距为第一应变截距的1.2倍，第三应变截距为第一应变截距的0.8倍。
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