基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，包括風(fēng)載效應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、橫向風(fēng)速與橫向位移的計算方法分析、橫向風(fēng)速與橫向位移的相關(guān)性分析、殘差報警方法分析等步驟。本發(fā)明通過控制報警時滯量可以實(shí)現(xiàn)加勁梁抗側(cè)力性能退化的及時報警，同時給出了報警時加勁梁抗側(cè)力性能退化的百分率，這一百分率對于加勁梁抗側(cè)力性能退化的進(jìn)一步安全評估具有重要價值。
【專利說明】基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大跨橋梁加勁梁作為承受各種外界荷載的重要構(gòu)件，在橫橋向主要受風(fēng)荷載作用，由風(fēng)荷載引起的結(jié)構(gòu)效應(yīng)大小反映著橋梁加勁梁的抗側(cè)力性能。若在大跨橋梁服役期內(nèi)，加勁梁的抗側(cè)力性能發(fā)生退化，則會嚴(yán)重影響大跨橋梁的安全使用功能。因此，在橋梁加勁梁的抗側(cè)力性能發(fā)生退化時作出及時報警，具有十分重要的意義。
[0003]然而，目前關(guān)于橋梁加勁梁抗側(cè)力性能發(fā)生退化的報警方法研究甚少，已有研究僅局限于完善橫向風(fēng)載效應(yīng)的計算方法，或主動提高加勁梁抗側(cè)力性能的安全儲備，力求保證加勁梁的抗側(cè)力性能始終處于完好狀態(tài)，尚未考慮到加勁梁的抗側(cè)力性能發(fā)生退化這一情況。大跨橋梁在長期服役期內(nèi)，難免會因極端天氣(臺風(fēng)、熱帶風(fēng)暴、颶風(fēng))產(chǎn)生損傷并不斷累積，從而導(dǎo)致加勁梁的抗側(cè)力性能發(fā)生退化，因此對橋梁加勁梁的抗側(cè)力性能退化進(jìn)行及時報警是十分必要的。此外，能否對發(fā)生退化后的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能進(jìn)行安全評估，將直接決定橋梁加勁梁的后續(xù)服役，因此在報警時給出橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化的百分率也是必需的。
[0004]因此，需要一種基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中缺少關(guān)于橋梁加勁梁抗側(cè)力性能發(fā)生退化的報警方法的缺陷，提供一種可以對橋梁加勁梁的抗側(cè)力性能退化進(jìn)行及時報警，且能提供報警時橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化的百分率的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，包括以下步驟:
[0008]I)、在大跨橋梁加勁梁主跨跨中處的上游側(cè)或下游側(cè)安裝三維超聲風(fēng)速儀和GPS位移監(jiān)測站，對此處風(fēng)向量V及位移向量u進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并以時間序列存儲，其中，風(fēng)向量V= [vr, α , β ],位移向量u=[ux, uy, uz],其中,Vr, α , β分別表示絕對風(fēng)速、風(fēng)攻角與風(fēng)向角，ux, uy, Uz分別表示GPS坐標(biāo)系下的三個主方向位移,風(fēng)向量V及位移向量u的時間序列分別記為 v(t)、u(t),其中，v(t) = [vr(t), a (t), β (t)], u(t) = [ux(t), uy(t), uz(t)], t 表示時間,0≤t≤L, L表示時間長度；
[0009]2)、利用下式將步驟I)得到的風(fēng)向量V的時間序列v(t)進(jìn)行矢量分解得到實(shí)測橫向風(fēng)速序列vh (t)，
[0010]vh (t) =vr (t).cos (a (t)).sin ( β (t))
[0011]其中，O≤t≤L，對時間區(qū)間[0，L]內(nèi)的所有時刻遍歷得到實(shí)測橫向風(fēng)速序列vh(t)；[0012]利用下式將步驟I)得到的位移向量u的時間序列u(t)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化得到實(shí)測橫向位移序列(t)，
[0013]ur (t) =Ux (t).sin ( Y ) -Uy (t).cos ( Y )
[0014]其中，Y表示GPS坐標(biāo)系的x軸與加勁梁縱向軸線的夾角，O≤t≤L，對時間區(qū)間[0，L]內(nèi)的所有時刻遍歷得到實(shí)測橫向位移序列ujt)；
[0015]3)、橫向風(fēng)速變量V(t)與橫向位移變量U(t)之間為線性相關(guān)，可利用下式表示，
[0016]U (t) =a.V (t) +b
[0017]式中，a、b為線性函數(shù)的待定參數(shù)，利用步驟2)得到的實(shí)測橫向風(fēng)速序列vh (t)和實(shí)測橫向位移序列ujt)模擬得到待定參數(shù)a和b的值，進(jìn)一步將步驟2)得到的實(shí)測橫向風(fēng)速序列Vh(t)帶入上式得到對應(yīng)的模擬橫向位移序列U。(t)，將模擬橫向位移序列Uc;(t)減去步驟2)得到的實(shí)測橫向位移序列ujt)得到殘差序列c(t)，
[0018]c(t)=uc(t)-ur(t)；
[0019]4)、將步驟3)得到的殘差序列c (t)的時間長度L等間隔劃分為η份，每份子區(qū)間的時間長度為Λ t=L/n，計算每份子區(qū)間內(nèi)所有時刻的殘差均值Cnu，其中，i=l，2，...，n，所有子區(qū)間的殘差均值構(gòu)成序列Cm ；
[0020]5)、對步驟4)得到的序列(-進(jìn)行概率統(tǒng)計特性分析，通過下式確定超越概率砂對應(yīng)的殘差均值 ，此殘差均值即為P%保證率下的容許殘差Cm，pSt: [0021]
【權(quán)利要求】
1.一種基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)、在大跨橋梁加勁梁主跨跨中處的上游側(cè)或下游側(cè)安裝三維超聲風(fēng)速儀和GPS位移監(jiān)測站，對此處風(fēng)向量V及位移向量u進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并以時間序列存儲，其中，風(fēng)向量V= [vr, α , β ],位移向量u=[ux, uy, uz],其中,Vr, α , β分別表示絕對風(fēng)速、風(fēng)攻角與風(fēng)向角，ux, uy, Uz分別表示GPS坐標(biāo)系下的三個主方向位移,風(fēng)向量V及位移向量u的時間序列分別記為 v(t)、u(t),其中，v(t) = [vr(t), a (t), β (t)], u(t) = [ux(t), uy(t), uz(t)], t 表示時間,O≤t≤L, L表示時間長度； 2)、利用下式將步驟I)得到的風(fēng)向量V的時間序列v(t)進(jìn)行矢量分解得到實(shí)測橫向風(fēng)速序列vh (t)，
vh(t)=vr(t).cos(a (t)).sin(3 (t)) 其中，O≤t≤L，對時間區(qū)間[0，L]內(nèi)的所有時刻遍歷得到實(shí)測橫向風(fēng)速序列vh(t)； 利用下式將步驟I)得到的位移向量u的時間序列u(t)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化得到實(shí)測橫向位移序列ujt)，
ur (t) =ux (t).sin ( Y ) -Uy (t).cos ( y ) 其中，Y表示GPS坐標(biāo)系的x軸與加勁梁縱向軸線的夾角，O ( t ( L，對時間區(qū)間[0，L]內(nèi)的所有時刻遍歷得到實(shí)測橫向位移序列\(zhòng)(t)； 3)、橫向風(fēng)速變量V(t)與橫向位移變量U(t)之間為線性相關(guān)，可利用下式表示，
U (t) = a.V (t) +b 式中，a、b為線性函數(shù)的待定參數(shù)，利用步驟2)得到的實(shí)測橫向風(fēng)速序列vh(t)和實(shí)測橫向位移序列ujt)模擬得到待定參數(shù)a和b的值，進(jìn)一步將步驟2)得到的實(shí)測橫向風(fēng)速序列Vh(t)帶入上式得到對應(yīng)的模擬橫向位移序列U。(t)，將模擬橫向位移序列ujt)減去步驟2)得到的實(shí)測橫向位移序列ujt)得到殘差序列c(t)，
c(t)=Uc(t)-Ur(t); 4)、將步驟3)得到的殘差序列c(t)的時間長度L等間隔劃分為η份，每份子區(qū)間的時間長度為Λ t=L/n，計算每份子區(qū)間內(nèi)所有時刻的殘差均值Cnu，其中，i=l，2，...，n，所有子區(qū)間的殘差均值構(gòu)成序列cm ； 5)、對步驟4)得到的序列Cm進(jìn)行概率統(tǒng)計特性分析，通過下式確定超越概率q%對應(yīng)的殘差均值，此殘差均值即為P%保證率下的容許殘差Cm，pSt:
2.如權(quán)利要求1所述的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于，步驟I)中所述時間序列V(t)和u(t)的時間長度L大于等于一個月。
3.如權(quán)利要求1所述的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于，步驟5)中f (Ce)為Ce的Logistic分布函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于， 步驟6)中，加勁梁抗側(cè)力性能退化的報警誤報率Ψ%存在兩種情況:加勁梁抗側(cè)力性能實(shí)際未發(fā)生退化卻報警，對應(yīng)的誤報率用表示；加勁梁抗側(cè)力性能實(shí)際發(fā)生退化卻未報警，對應(yīng)的誤報率用表不； 其中，對于加勁梁抗側(cè)力性能實(shí)際未發(fā)生退化卻報警，則誤報率即為超越概率q% ； 對于加勁梁抗側(cè)力性能實(shí)際發(fā)生退化卻未報警，首先以Λ t為基本時距計算加勁梁性能退化后100 Δ t時間段內(nèi)的殘差均值序列Cnucici,并對殘差均值序列Cnucici進(jìn)行概率統(tǒng)計特性分析，得到Cnucitl對應(yīng)的超越概率值，此概率值即為誤報率Ψ2%: I—7。"咖氏= ψ2% Cd為序列Cnutltl對應(yīng)的殘差均值變量，g(cd)為Cd的分布函數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于，g(cd)為Cd的Logistic分布函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于，步驟3)中線性相關(guān)函數(shù)v(t)=a *u(t)+b的參數(shù)項a與加勁梁抗側(cè)力性能有關(guān)，如果參數(shù)a增加百分率m，則線性函數(shù)變?yōu)?
u(t)=a.(1+m).V(t) +b 將時間序列vh(t)帶入上式并重復(fù)步驟3)和步驟4)，求出此時的殘差均值序列cn Cm的概率統(tǒng)計特性滿足下 式，cm；p%對應(yīng)的超越概率為Ψ2%:
\Cmp''h(cs,)dcv =r,%
J—? 式中，Cv為序列心對應(yīng)的殘差均值變量，h (Cv)為Cv的分布函數(shù)，則加勁梁抗側(cè)力性能的退化率P %表示為: p%={\-)100% ο
1 + m
7.如權(quán)利要求6所述的基于橫向風(fēng)載效應(yīng)的橋梁加勁梁抗側(cè)力性能退化報警方法，其特征在于，h(cv)為Cv的Logistic分布函數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK103440404SQ201310340367
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】丁幼亮, 王高新, 宋永生 申請人:東南大學(xué)