一種基于撓度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)可靠度評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種基于撓度監(jiān)測(cè)的裝配式 橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大量建設(shè)，將長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與概率方法相結(jié)合已經(jīng)成 為橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)估的重要發(fā)展方向。目前更多研究關(guān)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(guò)建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與允 許限值間的關(guān)系，對(duì)橋梁的使用性能進(jìn)行可靠度評(píng)估。
[0003] 裝配式混凝土橋梁(裝配式空心板橋、裝配式T梁橋以及裝配式小箱梁橋等）因具 有受力明確、施工方便、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，在我國(guó)常規(guī)公路及市政橋梁中被大量采用，然而 該類(lèi)橋梁的橫向聯(lián)系問(wèn)題一直是橋梁的薄弱環(huán)節(jié)，常常出現(xiàn)致命性病害。主梁之間的相對(duì) 位移差是最能直接反應(yīng)裝配式橋梁整體性的最為有效的指標(biāo)之一。然而，目前對(duì)于裝配式 橋梁橫向聯(lián)系的評(píng)估大都還停留在常規(guī)檢測(cè)手段，結(jié)合主梁長(zhǎng)期撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行橋梁橫 向聯(lián)系可靠度評(píng)估的研究并不多見(jiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種基于撓度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方 法，對(duì)正常運(yùn)營(yíng)下裝配式混凝土橋梁橫向聯(lián)系性能的可靠程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0005] 基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案： 一種基于撓度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟： (1) 對(duì)同一監(jiān)測(cè)斷面的第i片（1=1，2，一，11;11為主梁片數(shù))主梁撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得 到第i片主梁撓度數(shù)據(jù)曲線x(i); (2) 對(duì)步驟(1)的撓度數(shù)據(jù)曲線x(i)進(jìn)行峰值識(shí)別，得到第i片主梁撓度峰值序列p(i); (3) 根據(jù)步驟(2)的撓度峰值序列p(i)得出各片梁同一時(shí)刻t時(shí)的峰值p(i，t)，由p(i， t)得到第i片主梁t時(shí)的橫向分配系數(shù)ri(i，t)，進(jìn)而計(jì)算得到第i片主梁的橫向分配系數(shù)序 列η⑴； (4) 根據(jù)步驟(3)的橫向分配系數(shù)序列Il(i)進(jìn)行第i片主梁橫向分配系數(shù)的概率分布擬 合，并進(jìn)行擬合檢驗(yàn)，得到橫向分配系數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)； (5) 建立第i片主梁橫向聯(lián)系可靠度的功能函數(shù)方程Z(i); (6) 根據(jù)步驟(5)的功能函數(shù)方程Z(i)計(jì)算可靠度指標(biāo)β。
[0006] 進(jìn)一步地，所述的步驟(2)包括以下步驟： a. 針對(duì)第i片主梁，對(duì)撓度數(shù)據(jù)曲線x(i)進(jìn)行平滑處理，而后對(duì)需求的峰值區(qū)間進(jìn)行 界定； b. 采用平滑曲線確定出現(xiàn)峰值的時(shí)刻； c. 在出現(xiàn)的峰值時(shí)刻兩側(cè)搜索獲得撓度的最大值，得到第i片主梁的撓度峰值序列P ⑴。
[0007] 所述的步驟(3)包括以下步驟： a. 根據(jù)步驟2得到同一時(shí)刻t時(shí)各片主梁的峰值p(l，t)，p(2，t)，···ρ(;?，t)，…p(n, t)，n為主梁片數(shù)； b. 根據(jù)下式計(jì)算得到第i片主梁的橫向分配系數(shù)
[0008]所述的步驟(5)功能函數(shù)方程為Z(i)=anR(i)-ris(i)，其中，riR (i)為第i片主梁理 論橫向分配系數(shù)變量，可根據(jù)橋梁類(lèi)型選擇相應(yīng)的計(jì)算理論(如空心板橋采用鉸接板法或 G-Μ法)得到;ris (i)為第i片主梁實(shí)測(cè)橫向分配系數(shù)變量，該變量的概率密度函數(shù)、平均值 和變異系數(shù)根據(jù)步驟(4)得到;a為計(jì)算不確定性系數(shù)，其均值為1.0,變異系數(shù)可參考GB/ T50283《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》。
[0009] 所述的步驟(6)為根據(jù)步驟(5)所述功能函數(shù)方程Z(i)計(jì)算可靠度指標(biāo)β，求解可 采用一次二階矩方法(如設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)法)進(jìn)行Matlab編程實(shí)現(xiàn)。
[0010] 本發(fā)明基于長(zhǎng)期撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)裝配式混凝土橋梁的橫向聯(lián)系可靠度進(jìn)行評(píng)估， 得到的功能函數(shù)方程既包括橋梁的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況，也涵蓋橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)，可通過(guò)可靠度 指標(biāo)進(jìn)行橋梁的實(shí)際橫向聯(lián)系狀態(tài)和理想設(shè)計(jì)受力狀態(tài)的對(duì)比，同時(shí)通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可實(shí)現(xiàn) 橋梁橫向聯(lián)系性能劣化的演變規(guī)律。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)的總體流程； 圖2為第i片主梁撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的峰值識(shí)別示意圖； 圖3為同一斷面的各梁撓度時(shí)程曲線（以4片梁為例）； 圖4荷載橫向分配系數(shù)序列的概率分布擬合曲線示意圖； 圖5為橋梁橫向聯(lián)系可靠度計(jì)算流程。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)明。
[0013] 如圖1所示，一種基于撓度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，共包括6 個(gè)步驟： (1) 對(duì)同一監(jiān)測(cè)斷面的第i片（1=1，2，一，11;11為主梁片數(shù))主梁撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(奇 異值判別、數(shù)據(jù)去噪和歸零操作），得到第i片主梁撓度數(shù)據(jù)曲線x(i); (2) 對(duì)步驟(1)的撓度數(shù)據(jù)曲線x(i)進(jìn)行峰值識(shí)別，得到第i片主梁撓度峰值序列p(i); 各片梁撓度數(shù)據(jù)的處理過(guò)程均相同，其中第i片主梁撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的峰值識(shí)別示意圖 如圖2所示，圖中預(yù)處理后數(shù)據(jù)曲線（即撓度數(shù)據(jù)曲線)x(i)為經(jīng)步驟1預(yù)處理后的真實(shí)監(jiān)測(cè) 撓度時(shí)程曲線，圖中平滑后數(shù)據(jù)曲線s(i)為經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)平滑處理后的時(shí)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(shí)別的峰值的上、下限值，峰值時(shí)刻4(1)和知(2)分別 為平滑曲線中出現(xiàn)第1個(gè)和第2個(gè)峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)時(shí)刻，峰值p (1)和峰值p(2)分別為該 段時(shí)程曲線內(nèi)識(shí)別出的峰值序列，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的識(shí)別形成第i片梁的撓度峰值序列P(i)。
[0014] 圖2中峰值識(shí)別步驟包括： a. 對(duì)監(jiān)測(cè)的撓度數(shù)據(jù)曲線x(i)進(jìn)行平滑處理后得到平滑后數(shù)據(jù)曲線s (i); b. 給定所需識(shí)別的峰值的上、下限pt和pd; c. 采用平滑后數(shù)據(jù)曲線s (i)確定在峰值限值[pd，pt]內(nèi)的極值對(duì)應(yīng)的峰值時(shí)刻點(diǎn)tP ⑴； d. 在出現(xiàn)的峰值時(shí)刻兩側(cè)搜索獲得撓度的最大值，得到第i片主梁的撓度峰值序列p ⑴。
[0015] (3)根據(jù)步驟(2)的撓度峰值序列p(i)得出各片梁同一時(shí)刻t時(shí)的峰值p(i，t)，由p (i，t)得到第i片主梁t時(shí)的橫向分配系數(shù)ri(i，t)，進(jìn)而計(jì)算得到第i片主梁的分配系數(shù)序列 n(i);圖3為同一斷面的各梁撓度時(shí)程曲線（以4片梁為例），根據(jù)圖2峰值識(shí)別算法，可得到
各片梁的峰值序列P(1)，P(2)，…，p(i)，根據(jù)公式 主梁的橫向分配系數(shù)，形成第i片主梁的橫向分配系數(shù)序列n(i)。
[0016] (4)根據(jù)步驟(3)的橫向分配系數(shù)序列ri(i)進(jìn)行第i片主梁荷載橫向分配系數(shù)的概 率分布擬合，并進(jìn)行擬合檢驗(yàn)，得到橫向分配系數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù);圖4 為所述步驟3中橫向分配系數(shù)序列n(i)的概率分布擬合曲線示意圖，根據(jù)擬合曲線可以得 到概率密度函數(shù)fn( i)、峰值的平均值μη( i)和變異系數(shù)心(i)。擬合過(guò)程為： a. 根據(jù)橫向分配系數(shù)序列n(i)，繪制頻率分布直方圖； b. 判斷撓度峰值所服從的概率分布類(lèi)型，進(jìn)行概率分布擬合； c. 對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷擬合效果。
[0017] (5)建立第i片主梁橫向聯(lián)系可靠度的功能函數(shù)方程Z(i)，Z(i)=ariR(i)-ri S(i)，其 中，nR (i)為第i片主梁理論橫向分配系數(shù)變量，可根據(jù)橋梁類(lèi)型選擇相應(yīng)的計(jì)算理論(如 空心板橋采用鉸接板法或G-Μ法)得到;IIS (i)為第i片主梁實(shí)測(cè)橫向分配系數(shù)變量，該變量 的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)根據(jù)步驟(4)得到；α為計(jì)算不確定性系數(shù)，其均值為 1.0,變異系數(shù)可參考GB/T50283《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》。
[0018] (6)根據(jù)步驟(5)的功能函數(shù)方程Z(i)計(jì)算可靠度指標(biāo)β。
[0019] 圖5為基于驗(yàn)算點(diǎn)法的橋梁橫向聯(lián)系可靠度計(jì)算流程。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)信息，計(jì)算 得到第i片主梁理論橫向分配系數(shù)變量，按照步驟5建立功能函數(shù)方程;根據(jù)步驟(1Μ4)確 定實(shí)測(cè)第i片主梁橫向分配系數(shù)變量的概率密度函數(shù)f n(i)、峰值的平均值μη(υ和變異系數(shù) Sn(i);而后可根據(jù)圖5所示的計(jì)算流程，迭代確定根據(jù)第i片主梁計(jì)算得到的橋梁實(shí)際橫向 聯(lián)系性能的可靠度指標(biāo)。通過(guò)對(duì)每片主梁分別計(jì)算最終獲得橋梁的整體橫向聯(lián)系性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于曉度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 對(duì)同一監(jiān)測(cè)斷面的第i片主梁曉度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到第i片主梁曉度數(shù)據(jù)曲線X 。），1=1，2，。'11，11為主梁片數(shù)； (2) 對(duì)步驟(1)的曉度數(shù)據(jù)曲線x(i)進(jìn)行峰值識(shí)別，得到第i片主梁曉度峰值序列p(i); (3) 根據(jù)步驟(2)的曉度峰值序列p(i)得出各片梁同一時(shí)刻t時(shí)的峰值p(i，t)，由p(i， t)得到第i片主梁t時(shí)的橫向分配系數(shù)ri(i，t)，進(jìn)而計(jì)算得到第i片主梁的橫向分配系數(shù)序 列n(i); (4) 根據(jù)步驟(3)的橫向分配系數(shù)序列ri(i)進(jìn)行第i片主梁橫向分配系數(shù)的概率分布擬 合，并進(jìn)行擬合檢驗(yàn)，得到橫向分配系數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)； 巧)建立第i片主梁橫向聯(lián)系可靠度的功能函數(shù)方程Z(i); (6)根據(jù)步驟巧）的功能函數(shù)方程Z(i)計(jì)算可靠度指標(biāo)β。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于曉度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，所述的步驟(2)包括W下步驟： a. 針對(duì)第i片主梁，對(duì)曉度數(shù)據(jù)曲線x(i)進(jìn)行平滑處理，而后對(duì)需求的峰值區(qū)間進(jìn)行 界定； b. 采用平滑曲線確定出現(xiàn)峰值的時(shí)刻； C.在出現(xiàn)的峰值時(shí)刻兩側(cè)捜索獲得曉度的最大值，得到第i片主梁的曉度峰值序列P (i)〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于曉度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，所述的步驟(3)包括W下步驟： a. 根據(jù)步驟(2)得到同一時(shí)刻t時(shí)各片主梁的峰值p(l，t)，p(2，t)，一p(i，t)r-p(n， t)，n為主梁片數(shù)； b. 根據(jù)下式計(jì)算得到第i片主梁的橫向分配系數(shù)4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于曉度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，其特 征在于:所述的步驟巧)功能函數(shù)方程為Z(i)=叫R(i)-ris(i)，其中，％ (i)為第i片主梁理論 橫向分配系數(shù)變量;ns(i)為第i片主梁實(shí)測(cè)橫向分配系數(shù)變量，該變量的概率密度函數(shù)、平 均值和變異系數(shù)根據(jù)步驟(4)得到;α為計(jì)算不確定性系數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】一種基于撓度監(jiān)測(cè)的裝配式橋梁橫向聯(lián)系可靠度評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：對(duì)同一斷面多片梁的撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇異值剔除、降噪、歸零預(yù)處理；對(duì)預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值識(shí)別，得到同一斷面多片梁同一時(shí)刻的峰值數(shù)據(jù)；根據(jù)峰值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到單一主梁的荷載橫向分配系數(shù)序列；對(duì)橫向分配系數(shù)進(jìn)行概率分布擬合和擬合檢驗(yàn)，得到分配系數(shù)的概率密度函數(shù)、平均值和變異系數(shù)；建立橋梁橫向聯(lián)系的功能函數(shù)方程；進(jìn)行橋梁橫向聯(lián)系可靠度指標(biāo)的計(jì)算。本發(fā)明的功能函數(shù)方程既包括橋梁的實(shí)際運(yùn)營(yíng)信息，也涵蓋橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)，用于評(píng)估橋梁實(shí)際橫向聯(lián)系水平相對(duì)于理想設(shè)計(jì)狀態(tài)的可靠度指標(biāo)，尤其適用于多梁式裝配式橋梁健康監(jiān)測(cè)中基于撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的橋梁狀態(tài)評(píng)估。
【IPC分類(lèi)】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN105574233
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510911720
【發(fā)明人】程坤, 唐國(guó)斌, 馬赟
【申請(qǐng)人】河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日