CN116380376B - 一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，包括以下步骤，通过获得第一时刻车辆时空分布作用下桥梁监测截面的倾覆弯矩和挠度差得到倾覆弯矩‑挠度差拟合曲线和倾覆轴拟合曲线的阈值；获取并计算第二时间段内的车辆时空分布数据得到倾覆弯矩‑挠度差曲线，比较第一和第二时间内的两条倾覆弯矩‑挠度差曲线的斜率并作差；若差值大于设定值，则表明时刻桥梁监测截面沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，挠度差变化率加快，表明桥梁计算跨桥面的抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降。本发明主要解决了桥梁结构倾覆的动态监测，将结构响应与桥面作用荷载工况结合，出现异常风险时能提供当时桥面的车辆时空分布情况，有助于进一步辅助完成处置措施。
Description
技术领域
本发明属于桥梁倾覆风险监测领域，具体地说，涉及一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法。
背景技术
现有的城市、公路桥梁普遍缺乏结构安全健康监测，对于已配置结构健康监测系统的桥梁，少有对桥梁倾覆风险系数进行监测，现有技术大多只监测结构传感器的响应，缺乏对监测数据的深度挖掘，对于存在倾覆安全隐患的桥梁，尤其是独柱墩桥梁，缺乏倾覆风险指标的动态监测和实时预警。目前涉及的桥梁结构倾覆监测技术，多聚焦于支座脱空监测，截面挠度差监测，出现预警时对构件采取维修加固措施，缺乏对交通荷载的反馈，难以为交通通行管控上提供数据支撑。
现有技术采用只对挠度响应进行监测，桥梁达到倾覆极限时，其挠度是多少难以确定，因此如何合理的设置挠度阈值是一难点问题，以历史挠度分布规律做统计分析得出的阈值，只能判定出现预警时，该挠度是超出正常挠度范围的，但此挠度对应的并非其真实极限状态，因此难以判定桥梁的实时倾覆风险；此外，在监测到结构响应异常时，难以定位异常原因。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于解决桥梁结构倾覆的动态监测，为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案为:
一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，包括以下步骤，
S1、获取第一时刻的车辆时空分布数据，车辆时空分布数据至少包括过秤时间，车速，车轴数，车道，车轮荷载，轴距，利用车辆时空分布数据计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差；
S2、获得桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩；
S3、取第一段时间内的多个时刻，通过倾覆弯矩和挠度差得到多个倾覆弯矩-挠度差散点，由所述散点得到倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和拟合曲线的阈值；
S4、获取第二时间段内的车辆时空分布数据，计算第二时间段桥梁监测截面两侧的多个倾覆弯矩值和挠度差值并形成倾覆弯矩-挠度差曲线；
将第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线的斜率值和第二时间段内桥梁监测截面的倾覆弯矩-挠度差曲线的斜率值作差；
若两条倾覆弯矩-挠度差拟合曲线斜率的差值大于设定值，则表明第二时间段桥梁监测截面随着沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，挠度差变化率加快，表明桥梁监测截面的抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降。则需要排查是否传感器出现异常，或支座出现脱空病害，同时需结合风险系数，校核对应时刻桥面车辆分布是否存在严重偏载情况。
进一步地，通过沿倾覆轴的稳定弯矩及倾覆弯矩计算桥梁监测截面的倾覆风险系数γ；
γ = M 倾覆/ M 稳定，当倾覆风险系数γ大于一个设定值，则判断该时刻桥梁监测截面有倾覆风险；本发明以倾覆弯矩和稳定弯矩的比值动态输出，能时刻反馈结构的安全富余量。
S5、通过倾覆轴拟合曲线的阈值判断第二时间段内任意时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩对应挠度差的合理范围；
若该时刻的倾覆弯矩和挠度差超出拟合曲线的阈值，则判断该时刻的散点数据离散度增加，需核实传感器数据是否存在明显的数据失真，或传感器记录采集时间和动态称重采集时间明显出现偏差，该技术发明实现桥梁结构风险系数监测的实时性，减少人为主观干预，降低监测计算服务成本。
本发明解决了在桥梁发生倾覆时，合理的设置阈值这一难点问题，以历史挠度分布规律做统计分析得出的阈值，只能判定出现预警时，该挠度是超出正常挠度范围的，但此挠度对应的并非其真实极限状态，因此难以判定桥梁的实时倾覆风险；此外，在监测到结构响应异常时，难以定位异常原因。
进一步地，第一时刻的车辆时空分布数据由桥梁称重装置以及视频识别装置获得，配置于桥梁监测系统，实现桥梁结构风险系数监测的实时性，减少人为主观干预，降低监测计算的服务成本。
进一步地，通过桥梁监测截面的风险系数γ对第二时间段的任意时刻进行风险预警并及时输出预警时刻桥梁监测截面的车辆时空分布数据，本发明将倾覆风险系数引入动态监测，实现趋势可视化及实时预警。
若该时间段内任意时刻的倾覆风险系数γ大于0.4，则桥梁达到倾覆预警值，则对该时刻桥梁监测截面进行预警并输出预警时刻的车辆时空分布数据，该技术发明能反馈出现结构倾覆预警时的桥面车辆时空分布信息，对于辅助交通管控决策和基础研究具有积极意义。
进一步地，由第一时刻桥梁监测截面的车辆时空分布数据的车轮荷载计算倾覆弯矩，
倾覆弯矩计算公式为: M 倾覆=Σp i* l i；
其中，p i为车辆的车轮荷载，p i=Σlw i +Σrw i；
lw i 为第一时刻对应的时空坐标下左车轮荷载，rw i为第一时刻对应的时空坐标下右车轮荷载，l i为各车辆的每个车轮荷载至倾覆轴的距离。
进一步地，获取第一时刻车辆时空分布位置后，进一步获取每个车轮荷载的坐标；
根据车轴数确定轮距，一般二轴车（小汽车）轮距为1.5m，大车轮距为2.2m，最大不超过2.4m，建立桥面坐标系，以桥面中心线为x轴，行车方向为正方向，桥梁监测截面的计算跨起始位置垂直于x轴所在直线为y轴；
结合车道位置计算该车轮荷载所处位置y坐标，根据轴距计算该车轮荷载所处位置的x坐标；
根据第一时刻每个车轮荷载的坐标确定各车轮荷载至所述倾覆轴的距离为l i。
对于存在部分车轴处于计算跨的，只计算处于计算跨的轮重荷载及坐标。
进一步地，以桥面中心线为x轴，行车方向为正方向，计算跨起始位置垂直于x轴所在直线为y轴，沿行车方向左侧桥面为正方向，在此坐标系下计算得到的桥梁监测截面的计算跨支座坐标及支座反力R Gi；
此时刻下桥梁监测截面的计算跨支座坐标及支座反力可采取静态监测反力或者根据桥面自重计算桥梁监测截面的静态反力；
稳定弯矩为桥面无车辆通行时，各支座反力乘以距离倾覆轴的直线距离累加，结合支座坐标及倾覆轴所在直线函数，计算各支座至倾覆轴的直线距离s i，由支座坐标和支座反力获得桥梁监测截面的倾覆轴及S2中的稳定弯矩；
稳定弯矩的计算公式为M 稳定 =ΣR Gi* s i 。
进一步地，确定桥梁计算跨截面的倾覆轴的步骤包括，根据结构倾覆分析基本理论，一定存在两个及以上支座所在直线，所有的支座均在直线上或者直线单侧分布，以此确定可能存在的倾覆轴；
根据支座坐标分布情况，将支座点两两枚举，其中，对于在同一桥墩的支座不做枚举；
获得两支座点所在直线，若所有支座点坐标均在该直线上或该直线单侧，则该直线为倾覆轴。
进一步地，包括动态称重装置、视频识别装置和倾覆监测预警装置，该技术发明实现桥梁结构风险系数监测的实时性，减少人为主观干预，降低监测计算服务成本。
进一步地，一种桥梁结构倾覆风险系数监测方法的监测系统，由数据采集装置获取第一时刻的车辆时空分布数据，车辆时空分布数据至少包括过秤时间，车速，车道，车轮荷载，轴距，桥梁挠度监测装置利用车辆时空分布数据计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差；
数据分析装置获取桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩；
通过倾覆弯矩和挠度差建立倾覆弯矩-挠度差曲线，取第一段时间内的多个时刻，得到多个倾覆弯矩-挠度差散点，由所述散点得到倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和拟合曲线的阈值；
通过数据采集装置获取第二时间段内的车辆时空分布数据，获得第二时间段桥梁监测截面两侧的多个倾覆弯矩值和挠度差值并建立倾覆弯矩-挠度差曲线；
将第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线的斜率值和第二时间段内桥梁监测截面的倾覆弯矩-挠度差曲线的斜率值作差；
数据分析装置判断两条倾覆弯矩-挠度差拟合曲线斜率的差值是否大于设定值，若两条拟合曲线斜率的差值大于设定值，则表明第二段时间段内桥梁监测截面随着沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，挠度差变化率加快，表明桥梁监测截面的抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降，此时刻需要排查是否传感器出现异常，或支座出现脱空病害，同时需结合本算法输出的风险系数校核对应时刻桥面车辆分布是否存在严重偏载情况。
本发明将结构响应与桥面作用荷载工况结合起来，对出现异常风险时，能提供当时桥面的车辆时空分布情况，有助于进一步辅助完成应急预案处理，帮助专家及时提取相应的处理办法，及时采取人员介入、封锁道路等办法，将安全隐患消除在萌芽阶段。此外，丰富了预警内容，依据作用荷载和结构响应关系模型的建立，能进一步评判桥梁的抗倾覆能力变化；本发明通过实现桥梁抗倾覆能力和倾覆风险系数的动态监测能显著提高桥梁监测数据的深度挖掘及利用率。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中:
图1是本发明一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法的流程图；
图2是本发明方法的倾覆弯矩-挠度差拟合曲线图；
图3是本发明一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法的第二流程图；
图4为支座等间距直线桥倾覆轴示意图；
图5为支座不等间距直线桥倾覆轴示意图；
图6为曲线桥的倾覆轴示意图；
图7是本发明一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法的系统图；
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，包括以下步骤，S1、获取第一时刻的车辆时空分布数据，车辆时空分布数据至少包括过秤时间，车速，车道，车轮荷载，轴距计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差N；
以第一时刻的车辆时空分布数据中的其中一辆车A为例:
如:取 2023-03-13 00:01:48.000时刻的车辆时空分布数据中的以某一辆6轴车A为例，此时A车处于3车道，车速为79 km/h，该时刻A车的左车轮荷载lw i 和右车轮荷载rw i 值以及轴距d i 分别如下表所示；
在获取计算时刻桥面的车辆时空分布及车辆信息参数后，利用车辆时空分布数据中计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差N；
例如2023-03-13 00:01:48.000时刻的挠度差N值如下表所示:
第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度可采用全站仪挠度测量法或精准水准仪测量法，采用该测量方法可以有效提高测量桥梁监测截面的荷载挠度精度。
在本实施例中，S2、获得桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩；
在本实施例中S2中通过桥梁的参数信息获得桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，桥梁的参数信息包括车道数量，车道宽，支座坐标，支座反力，其中，车道数量，车道宽用于计算每个车道的横向坐标，结合支座坐标计算所得倾覆轴，后续用于计算处于不同车道车辆引起的倾覆弯矩；
在本实施例中，以桥面中心线为x轴，行车方向为正方向，计算跨起始位置垂直于x轴所在直线为y轴，沿行车方向左侧桥面为正方向，在此坐标系下计算得到的桥梁监测截面的计算跨支座坐标及支座反力R Gi；
桥梁监测截面的计算跨支座坐标及支座反力可采取静态监测反力或者根据桥面自重计算桥梁监测截面的静态反力；
在本实施例中，稳定弯矩为桥面无车辆通行时，各支座反力乘以距离倾覆轴的直线距离累加，结合支座坐标及倾覆轴所在直线函数，计算各支座至倾覆轴的直线距离s i；
稳定弯矩的计算公式为M 稳定 =ΣR Gi* s i 。
在本实施例中，获得桥梁监测截面的倾覆轴的步骤包括，根据结构倾覆分析基本理论，一定存在两个及以上支座所在直线，所有的支座均在直线上或者直线单侧分布，以此确定可能存在的倾覆轴；
根据支座坐标分布情况，将获得相邻的两支座点所在直线，若所有支座点坐标均在该直线上或该直线单侧，则该直线为倾覆轴；其中，对于在同一桥墩的支座不做枚举。
详见附图4支座等间距直线桥的倾覆轴示意图、附图5为支座不等间距直线桥的倾覆轴示意图、附图6为曲线桥的倾覆轴示意图。
在本实施例中，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩，获取第一时刻车辆时空分布位置后，进一步获取每个车轮荷载的坐标；
根据车轴数确定轮距，一般二轴车（小汽车）轮距为1.5m，大车轮距为2.2m，最大不超过2.4m，建立桥面坐标系，以桥面中心线为x轴，行车方向为正方向，桥梁监测截面的计算跨起始位置垂直于x轴所在直线为y轴；
结合车道位置计算该车轮荷载所处位置y坐标，根据轴距计算该车轮荷载所处位置的x坐标；
根据第一时刻每个车轮荷载的坐标确定各车轮荷载至所述倾覆轴的距离为l i用于计算倾覆弯矩，对于存在部分车轴处于计算跨的，只计算处于计算跨的轮重荷载及坐标。
在本实施例中，对于第一时刻的倾覆弯矩，根据车辆的对应时空坐标计算各车轮荷载集作用点至倾覆轴的距离l i，位于倾覆轴倾覆侧的记为正值，M 倾覆=Σp i* l i；
上式中p i为车辆分解的轮重，同样以车辆A为例，车辆A造成的倾覆弯矩为:其中，p i 为左轮重Σwl i+右轮重Σrw i ；
M A=lw 1* l 1+ lw 2* l 2+ lw 3* l 3+ lw 4* l 4+ lw 5* l 5+ lw 6* l 6+ rw 1* l 7+ rw 2* l 8+ rw 3* l 9+ rw 4* l 10+ rw 5* l 11+ rw 6* l 12
根据动态称重系统至计算桥跨的距离、车辆的车速、所处的车道位置、车轴数确定在第一时刻通过动态称重系统的所有车辆的位置分布信息、车轮荷载以及车轮坐标，其中，车轮荷载和车轮坐标用于获得各车轮荷载集作用点至倾覆轴的距离l i从而用于计算倾覆弯矩；假定车辆在此过程中匀速行驶，且期间不变换车道，以18:00:00时刻从所获取的车辆时空分布数据中提取其中一辆车B为例，计算该时刻B车的车轮荷载和车轮坐标用于获得各车轮荷载集作用点至倾覆轴的距离l i从而用于计算倾覆弯矩；
计算18:00:00时刻桥面的车辆分布，若车B此时位于桥面计算跨上，动态称重系统距离计算跨起点距离为500m，则车B应于17:59:00左右经过动态称重系统，需将其从车辆时空分布列表中筛选出来；通过大量车辆车速数据，计算从动态称重系统至计算跨所需的最快时间和最慢时间，如30s-80s，则提取17:58:40-17:59:30之间所有经过动态称重系统的车辆数据，再根据每辆车的车速计算该车辆18:00:00时刻实际所处位置，得到该时刻通过动态称重系统的所有车辆的位置分布信息（假定车辆在此过程中匀速行驶，且期间不变换车道）。
在获取车辆的分布位置后，进一步定位每个车轮的荷载及坐标，根据车轴数来确定轮距，结合车道位置来计算该轮重所处位置y坐标；根据轴距来计算该轮重所处位置x坐标。
S3、取第一段时间内的多个时刻，通过倾覆弯矩和挠度差得到多个倾覆弯矩-挠度差散点，由所述散点得到倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和拟合曲线的阈值；
对于一般桥梁，倾覆轴数量为2，取第一段时间内的多个时刻得到的多个倾覆弯矩-挠度差散点，参见附图2，散点为第一段时间内的多个时刻计算获得的沿倾覆轴1以及沿倾覆轴2的倾覆弯矩-截面挠度差数据点，由散点分别拟合出沿倾覆轴1和沿倾覆轴2的两条曲线以及分别得到拟合曲线的阈值，
附图2中倾覆轴1为散点的拟合曲线，其中，倾覆轴1上下两侧虚线为沿倾覆轴1的拟合曲线的上下阈值；同理倾覆轴2对应的倾覆弯矩-截面挠度差数据点为沿倾覆轴2的各项输出结果；
倾覆轴拟合曲线的上下阈值表明在第二时间段内的任意时刻的倾覆弯矩下，考虑传感器设备误差，计算误差等因素，对应的合理的挠度差值范围，某时刻的倾覆弯矩对应的挠度差超出倾覆轴拟合曲线的阈值，则判断该时刻桥梁监测截面出现异常，此时表明散点数据离散度增加，则需核实传感器数据是否存在明显的数据失真，或传感器记录采集时间和动态称重采集时间明显出现偏差。
以附图2为例，沿倾覆轴1的倾覆弯矩为400时，阈值范围内的挠度差监测值应在[0，2.5]内；沿倾覆轴2的倾覆弯矩为700时，阈值范围内的挠度差监测值应在[-3.5，-0.5]内；若该区间挠度差超出合理的阈值范围，即散点数据离散度明显增大，则此时需核实传感器数据是否存在明显的数据失真，或传感器记录采集时间和动态称重采集时间明显出现偏差。
本发明当通过对某时刻倾覆弯矩对应的挠度差超出倾覆轴拟合曲线阈值范围及时发出预警有助于及时排查传感器数据是否存在明显的数据失真，或传感器记录采集时间和动态称重采集时间明显出现偏差或预警桥梁检测截面发生倾覆风险，有助于及时协助人员及时介入，将安全隐患消除在萌芽状态。
在本实施例中，S4、桥梁倾覆监测预警系统获取第二时间段内的车辆时空分布数据，计算第二时间段桥梁监测截面两侧的多个倾覆弯矩值和挠度差值并形成倾覆弯矩-挠度差曲线；
将第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线的斜率值和第二时间段内桥梁监测截面的倾覆弯矩-挠度差曲线的斜率值作差；
若两条倾覆弯矩-挠度差拟合曲线斜率的差值大于设定值，则表明该时刻监测截面出现异常，表明此时刻沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，监测点的截面挠度差的变化率加快，表明桥梁计算跨桥面的抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降则需要排查该时刻是否传感器出现异常，或支座出现脱空病害。
在本实施例中，通过沿倾覆轴的稳定弯矩及倾覆弯矩计算桥梁监测截面的倾覆风险系数γ；
γ = M 倾覆/ M 稳定，当倾覆风险系数γ大于一个设定值，则判断第一时刻桥梁监测截面有倾覆风险，同时结合第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和第二时间段内桥梁监测截面的倾覆弯矩-挠度差曲线斜率的差值，若第一时刻两条曲线的斜率差值大于设定值，则需对第一时刻进行风险预警并排查第一时刻是否传感器出现异常从而校核桥面车辆分布是否存在严重偏载情况使得桥梁监测截面出现异常。
风险系数γ等于0表示该时刻计算跨桥面无车辆通行，或沿该轴引起的倾覆弯矩为负值，倾覆弯矩为负表示利于桥面沿该倾覆稳定；风险系数大于0表示当前倾覆弯矩为正，有让桥面沿该倾覆轴倾覆的趋势，若设置第二时间段内任意时刻的倾覆风险系数的最大阈值为0.4，则在风险系数超过阈值时进行预警并输出对应的时刻预警并输出预警时刻的车辆时空分布数据，该技术发明能反馈出现结构倾覆预警时的桥面车辆时空分布信息，对于辅助交通管控决策和基础研究具有积极意义，本发明实现桥梁结构风险系数监测的实时性，减少人为主观干预，降低了监测计算服务成本。
该发明方法可采用python实现，其输入输出参数需求及真实数据算例输出结果如下:
请求参数
子类型描述
支座点位坐标
车辆
响应
返回参数
子类型描述
倾覆轴
倾覆弯矩-截面挠度差关系模型参数
倾覆轴1，倾覆轴2，…，倾覆轴n
该算法调用频率建议1次/天。请求参数中s_start， s_end， lane_winth，abutment_data为桥梁参数配置文件，同计算跨桥段上各传感器每次调用时上述参数保持不变，tinval建议取2。该算法针对不同截面对称位置的桥底面挠度传感器作差值处理，形成挠度差数据，不同计算时间范围，输入对应时间范围内的车辆荷载数据sample_vehicle和挠度数据sample_deflection，建议采用截止调用时间，历史一天数据计算，用于输出倾覆弯矩-挠度差关系模型及计算时间范围内每tinval秒的承载风险系数，此外，若设置了风险系数阈值coef_limit，可额外输出风险系数超过该阈值时对应的计算时间，可用于后续提取该时刻桥面的车辆荷载分布来展开进一步分析。
如附图2所示，算法其中一部分输出结果为倾覆弯矩-截面挠度差关系模型参数dict_moment_deflection，包含沿倾覆轴的倾覆弯矩-截面挠度差拟合曲线斜率slope、截距intercept、标准差sigma，对于一般桥梁倾覆轴数量为2，沿两侧对称分布，对于倾覆轴数量为2的桥面段，输出两组[slope，intercept，sigma]作图如下，倾覆弯矩-挠度差散点是算法的过程变量，并不在结果中输出，图中灰色散点为每隔tinval时刻，计算得出的沿倾覆轴1的倾覆弯矩-截面挠度差数据点，灰色直线为灰色散点的拟合曲线，灰色虚线为灰色拟合直线的上下阈值；同理黑色曲线对应的为沿倾覆轴2的各项输出结果。
实施例
在本实施例中，一种桥梁结构倾覆风险系数动态监测方法的监测系统，该系统包括数据采集装置和数据分析装置；
由数据采集装置获取第一时刻的车辆时空分布数据，车辆时空分布数据至少包括过秤时间，车速，车道，车轮荷载，轴距，桥梁挠度监测装置利用车辆时空分布数据计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差；
数据分析装置获取桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩；
数据分析装置通过倾覆弯矩和挠度差建立倾覆弯矩-挠度差曲线，取第一段时间内的多个时刻，得到多个倾覆弯矩-挠度差散点，由所述散点得到倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和拟合曲线的阈值；
通过数据采集装置获取第二时间段内的车辆时空分布数据，获得第二时间段桥梁监测截面两侧的多个倾覆弯矩值和挠度差值并建立倾覆弯矩-挠度差曲线；
将第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线的斜率值和第二时间段内桥梁监测截面的倾覆弯矩-挠度差曲线的斜率值作差；
数据分析装置判断若两条倾覆弯矩-挠度差拟合曲线斜率的差值大于设定值，则表明第二时间段内桥梁监测截面随着沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，挠度差变化率加快，则表明桥梁监测截面抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降，则需要排查该时刻是否传感器出现异常，或支座出现脱空病害所致的预警原因。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (9)
1.一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤，S1、获取第一时刻的车辆时空分布数据，车辆时空分布数据至少包括过秤时间，车道，车速，车轴数，车轮荷载，轴距，利用车辆时空分布数据计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差；
S2、获得桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩；
S3、取第一段时间内的多个时刻，通过倾覆弯矩和挠度差得到多个倾覆弯矩-挠度差散点，由所述散点得到倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和拟合曲线的阈值；
S4、获取第二时间段内的车辆时空分布数据，计算第二时间段桥梁监测截面两侧的多个倾覆弯矩和挠度差并形成倾覆弯矩-挠度差曲线；
将第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线的斜率值和第二时间段内的倾覆弯矩-挠度差曲线的斜率值作差；
若两条倾覆弯矩-挠度差拟合曲线斜率的差值大于设定值，则表明第二时间段监测截面随着沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，桥梁监测截面的挠度差变化率加快，表明桥梁监测截面的抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法还包括:
S5、通过倾覆轴拟合曲线的阈值判断第二时间段内任意时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩和挠度差是否超出阈值；
若该时刻的倾覆弯矩和挠度差超出倾覆轴拟合曲线的阈值，则判断该时刻桥梁监测截面出现异常。
3.权利要求1或2所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
通过沿倾覆轴的稳定弯矩及倾覆弯矩计算桥梁监测截面的倾覆风险系数γ；
γ=M 倾覆/M 稳定，当倾覆风险系数γ大于一个设定值，则判断该时刻桥梁监测截面有倾覆风险。
4.权利要求3所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
通过桥梁监测截面的风险系数γ对第二时间段的任意时刻进行风险预警；
若该时间段内任意时刻的倾覆风险系数γ大于一个设定值，则对该时刻桥梁监测截面进行预警并输出预警时刻的车辆时空分布数据。
5.权利要求1所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
倾覆弯矩计算公式为:M 倾覆=Σp i* l i；
其中，p i为车辆的车轮荷载，p i=Σlw i+Σrw i；
lw i为第一时刻对应的时空坐标下左车轮荷载，rw i为第一时刻对应的时空坐标下右车轮荷载，l i为各车辆的每个车轮荷载至倾覆轴的距离。
6.权利要求5所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
获取第一时刻车辆时空分布位置后，进一步获取每个车轮荷载的坐标；
根据车轴数确定轮距，建立桥面坐标系，以桥面中心线为x轴，行车方向为正方向，桥梁监测截面的计算跨起始位置垂直于x轴所在直线为y轴；
结合车道位置计算该车轮荷载所处位置y坐标，根据轴距计算该车轮荷载所处位置的x坐标；
根据第一时刻每个车轮荷载的坐标确定各车轮荷载至所述倾覆轴的距离为l i。
7.权利要求1或6所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
由支座坐标和支座反力获得桥梁监测截面的倾覆轴及S2中的稳定弯矩；
稳定弯矩的计算公式为M 稳定 =ΣR Gi* s i ；
以桥面坐标系规则建立坐标系所得的桥梁监测截面的计算跨支座坐标及支座反力R Gi；
s i为桥梁监测截面计算跨的各支座至倾覆轴的直线距离。
8.权利要求7所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
确定桥梁计算跨截面的倾覆轴，根据支座坐标分布情况，将相邻支座点两两枚举；
获得两支座点所在直线，若所有支座点坐标均在该直线上或该直线单侧，则该直线为倾覆轴。
9.一种桥梁结构倾覆风险系数监测方法的监测系统，采用上述权利要求1-8任一所述的一种桥梁结构倾覆风险系数的动态监测方法，其特征在于，
数据采集装置获取第一时刻的车辆时空分布数据，车辆时空分布数据至少包括过秤时间，车速，车道，车轮荷载，轴距，桥梁挠度监测装置利用车辆时空分布数据计算第一时刻桥梁监测截面两侧的挠度差；
数据分析装置获取桥梁监测截面的稳定弯矩和倾覆轴，利用车辆的时空分布数据和倾覆轴计算第一时刻桥梁监测截面的倾覆弯矩；
数据分析装置通过倾覆弯矩和挠度差建立倾覆弯矩-挠度差曲线，取第一段时间内的多个时刻，得到多个倾覆弯矩-挠度差散点，由所述散点得到倾覆弯矩-挠度差拟合曲线和倾覆轴拟合曲线的阈值；
通过数据采集装置获取第二时间段内的车辆时空分布数据，获得第二时间段桥梁监测截面两侧的多个倾覆弯矩值和挠度差值并建立倾覆弯矩-挠度差曲线；
数据分析装置将第一时间段内倾覆弯矩-挠度差拟合曲线的斜率值和第二时间段内下桥梁监测截面的倾覆弯矩-挠度差曲线的斜率值作差；
若两条倾覆弯矩-挠度差拟合曲线斜率的差值大于设定值，则表明第二时间段随着沿倾覆轴倾覆弯矩的增加，桥梁监测截面的挠度差变化率加快，表明桥梁监测截面的抗扭转刚度明显降低，抗倾覆能力下降。
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