專利名稱：一種橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法，尤其是一種應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁的隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法，主要應(yīng)用于土木工程橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁由于鋼材的熱膨脹系數(shù)高、導(dǎo)熱性能好，使其對(duì)溫度的變化十分敏感。太陽輻射的不均勻以及大氣溫度的驟然變化引起的溫度梯度應(yīng)力對(duì)鋼橋的作用也十分顯著。溫度荷載已成為大跨度鋼箱梁橋梁服役期的主要荷載之一，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)及其應(yīng)力分析也逐漸成為橋梁結(jié)構(gòu)全壽命評(píng)估的重要一環(huán)。對(duì)橋梁進(jìn)行溫度效應(yīng)評(píng)估，合理的鋼箱梁溫度場(chǎng)取值是基礎(chǔ)。目前獲得鋼箱梁溫度場(chǎng)的主要手段是通過安裝溫度傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。這種方法雖然能夠準(zhǔn)確獲得測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，然而也存在造價(jià)高、投入的人力物力大、傳感器使用壽命有限、施工難度大等缺點(diǎn)，不僅如此，結(jié)構(gòu)全壽命溫度效應(yīng)評(píng)估往往需要十幾年甚至幾十年的溫度數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)顯然無法滿足要求。因此，迫切需要一種簡潔、有效的方法來獲取滿足橋梁結(jié)構(gòu)全壽命評(píng)估要求的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)。以實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性和時(shí)變規(guī)律為基礎(chǔ)，采用極值分析和逆變換抽樣方法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬是一種有效的手段。極值分析是為了估計(jì)罕見事件發(fā)生概率而做的隨機(jī)過程分析，它常用于預(yù)測(cè)災(zāi)害性天氣，如高溫、暴雨、強(qiáng)風(fēng)、嚴(yán)霜等的發(fā)生概率。逆變換抽樣方法是一種獲取目標(biāo)概率密度函數(shù)樣本序列的統(tǒng)計(jì)分析方法，它利用一個(gè)服從均勻分布的已知樣本序列，構(gòu)造一個(gè)已知樣本序列的函數(shù)，使此函數(shù)值序列的概率密度函數(shù)等于待模擬的目標(biāo)概率密度函數(shù)。該方法具有嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，抽樣結(jié)果與目標(biāo)概率密度函數(shù)符合較好，在統(tǒng)計(jì)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。然而逆變換抽樣方法需要對(duì)目標(biāo)概率密度函數(shù)求反函數(shù)和求導(dǎo)，鋼箱梁實(shí)測(cè)溫度的概率密度函數(shù)一般比較復(fù)雜，無法求出溫度概率密度函數(shù)的反函數(shù)解析表達(dá)式，導(dǎo)致逆變換抽樣方法在鋼箱梁溫度場(chǎng)模擬中難以實(shí)現(xiàn)。綜上所述，逆變換抽樣方法雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但不能應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)模擬，急需一種將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性和時(shí)變規(guī)律與極值分析以及逆變換抽樣方法相結(jié)合的改進(jìn)逆變換抽樣方法對(duì)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，并使得模擬的隨機(jī)溫度場(chǎng)不僅能夠符合鋼箱梁一年四季以及從白天到黑夜的溫度變化規(guī)律，還能滿足鋼箱梁溫度的統(tǒng)計(jì)特性，適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)全壽命評(píng)估的需求。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法，重點(diǎn)解決如何針對(duì)鋼箱梁有限的實(shí)測(cè)溫度的時(shí)變規(guī)律和統(tǒng)計(jì)特性，有效地對(duì)逆變換抽樣方法進(jìn)行改進(jìn)，并利用其進(jìn)行鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬，模擬結(jié)果能夠直接用于橋梁結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明的一種橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法的具體技術(shù)方案為
(1)選取橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁的某一溫度測(cè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，計(jì)算其余測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的溫差ΔΙ ；
(2)選取鋼箱梁實(shí)測(cè)溫度的概率密度函數(shù)的形式為
權(quán)利要求
1. 一種橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步選取橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁的某一溫度測(cè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，計(jì)算其余測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的溫差Δι ；第二步選取鋼箱梁實(shí)測(cè)溫度的概率密度函數(shù)的形式為
全文摘要
一種橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬方法充分考慮了橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁的實(shí)際溫度隨時(shí)間的變化特征和溫度數(shù)值的統(tǒng)計(jì)特性，采用數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的模擬，為鋼箱梁隨機(jī)溫度場(chǎng)的獲取提供了一種有效的途徑，可有效解決鋼箱梁溫度效應(yīng)分析過程中溫度荷載數(shù)據(jù)嚴(yán)重不足的難題，該方法首先根據(jù)鋼箱梁有限的實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出溫度和溫差的概率密度函數(shù)，采用極值分析得出模擬時(shí)間跨度內(nèi)的溫度區(qū)間和溫差區(qū)間；進(jìn)而將溫度區(qū)間和溫差區(qū)間分為若干子區(qū)間，對(duì)每一子區(qū)間采用逆變換抽樣方法生成樣本，獲得模擬時(shí)間跨度內(nèi)的隨機(jī)溫度樣本；最后基于鋼箱梁溫度的日變化規(guī)律和季節(jié)變化規(guī)律對(duì)模擬樣本進(jìn)行重排，得到模擬時(shí)間跨度內(nèi)的溫度時(shí)程。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102393877SQ20111019545
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者丁幼亮, 周廣東, 宋永生, 李愛群, 王高新 申請(qǐng)人:東南大學(xué)