一种基于挠度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土木工程结构可靠度评估领域，具体涉及一种基于挠度监测的装配式 桥梁横向联系可靠度评价方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着桥梁健康监测系统的大量建设，将长期监测数据与概率方法相结合已经成 为桥梁结构性能评估的重要发展方向。目前更多研究关注的是桥梁承载能力极限状态(安 全性)和抗疲劳性能的可靠度分析。在正常使用极限状态方面，则是通过建立监测数据与允 许限值间的关系，对桥梁的使用性能进行可靠度评估。
[0003] 装配式混凝土桥梁(装配式空心板桥、装配式T梁桥以及装配式小箱梁桥等）因具 有受力明确、施工方便、造价低廉等特点，在我国常规公路及市政桥梁中被大量采用，然而 该类桥梁的横向联系问题一直是桥梁的薄弱环节，常常出现致命性病害。主梁之间的相对 位移差是最能直接反应装配式桥梁整体性的最为有效的指标之一。然而，目前对于装配式 桥梁横向联系的评估大都还停留在常规检测手段，结合主梁长期挠度监测数据进行桥梁横 向联系可靠度评估的研究并不多见。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种基于挠度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方 法，对正常运营下装配式混凝土桥梁横向联系性能的可靠程度进行评价。
[0005] 基于上述目的，本发明采取如下技术方案： 一种基于挠度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，包括如下步骤： (1) 对同一监测断面的第i片（1=1，2，一，11;11为主梁片数)主梁挠度数据进行预处理，得 到第i片主梁挠度数据曲线x(i); (2) 对步骤(1)的挠度数据曲线x(i)进行峰值识别，得到第i片主梁挠度峰值序列p(i); (3) 根据步骤(2)的挠度峰值序列p(i)得出各片梁同一时刻t时的峰值p(i，t)，由p(i， t)得到第i片主梁t时的横向分配系数ri(i，t)，进而计算得到第i片主梁的横向分配系数序 列η⑴； (4) 根据步骤(3)的横向分配系数序列Il(i)进行第i片主梁横向分配系数的概率分布拟 合，并进行拟合检验，得到横向分配系数的概率密度函数、平均值和变异系数； (5) 建立第i片主梁横向联系可靠度的功能函数方程Z(i); (6) 根据步骤(5)的功能函数方程Z(i)计算可靠度指标β。
[0006] 进一步地，所述的步骤(2)包括以下步骤： a. 针对第i片主梁，对挠度数据曲线x(i)进行平滑处理，而后对需求的峰值区间进行 界定； b. 采用平滑曲线确定出现峰值的时刻； c. 在出现的峰值时刻两侧搜索获得挠度的最大值，得到第i片主梁的挠度峰值序列P ⑴。
[0007] 所述的步骤(3)包括以下步骤： a. 根据步骤2得到同一时刻t时各片主梁的峰值p(l，t)，p(2，t)，···ρ(;?，t)，…p(n, t)，n为主梁片数； b. 根据下式计算得到第i片主梁的横向分配系数
[0008]所述的步骤(5)功能函数方程为Z(i)=anR(i)-ris(i)，其中，riR (i)为第i片主梁理 论横向分配系数变量，可根据桥梁类型选择相应的计算理论(如空心板桥采用铰接板法或 G-Μ法)得到;ris (i)为第i片主梁实测横向分配系数变量，该变量的概率密度函数、平均值 和变异系数根据步骤(4)得到;a为计算不确定性系数，其均值为1.0,变异系数可参考GB/ T50283《公路工程结构可靠度设计统一标准》。
[0009] 所述的步骤(6)为根据步骤(5)所述功能函数方程Z(i)计算可靠度指标β，求解可 采用一次二阶矩方法(如设计验算点法)进行Matlab编程实现。
[0010] 本发明基于长期挠度监测数据对装配式混凝土桥梁的横向联系可靠度进行评估， 得到的功能函数方程既包括桥梁的实际运营状况，也涵盖桥梁的设计参数，可通过可靠度 指标进行桥梁的实际横向联系状态和理想设计受力状态的对比，同时通过长期监测可实现 桥梁横向联系性能劣化的演变规律。
【附图说明】
[0011] 图1为桥梁横向联系可靠度评价的总体流程； 图2为第i片主梁挠度监测数据的峰值识别示意图； 图3为同一断面的各梁挠度时程曲线（以4片梁为例）； 图4荷载横向分配系数序列的概率分布拟合曲线示意图； 图5为桥梁横向联系可靠度计算流程。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明作进一步补充说明。
[0013] 如图1所示，一种基于挠度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，共包括6 个步骤： (1) 对同一监测断面的第i片（1=1，2，一，11;11为主梁片数)主梁挠度数据进行预处理(奇 异值判别、数据去噪和归零操作），得到第i片主梁挠度数据曲线x(i); (2) 对步骤(1)的挠度数据曲线x(i)进行峰值识别，得到第i片主梁挠度峰值序列p(i); 各片梁挠度数据的处理过程均相同，其中第i片主梁挠度监测数据的峰值识别示意图 如图2所示，图中预处理后数据曲线（即挠度数据曲线)x(i)为经步骤1预处理后的真实监测 挠度时程曲线，图中平滑后数据曲线s(i)为经过数据平滑处理后的时程曲线，峰值上限pt 和峰值下限Pd分别为人为定义的需要识别的峰值的上、下限值，峰值时刻4(1)和知(2)分别 为平滑曲线中出现第1个和第2个峰值时对应的监测时刻，峰值p (1)和峰值p(2)分别为该 段时程曲线内识别出的峰值序列，长期监测数据的识别形成第i片梁的挠度峰值序列P(i)。
[0014] 图2中峰值识别步骤包括： a. 对监测的挠度数据曲线x(i)进行平滑处理后得到平滑后数据曲线s (i); b. 给定所需识别的峰值的上、下限pt和pd; c. 采用平滑后数据曲线s (i)确定在峰值限值[pd，pt]内的极值对应的峰值时刻点tP ⑴； d. 在出现的峰值时刻两侧搜索获得挠度的最大值，得到第i片主梁的挠度峰值序列p ⑴。
[0015] (3)根据步骤(2)的挠度峰值序列p(i)得出各片梁同一时刻t时的峰值p(i，t)，由p (i，t)得到第i片主梁t时的横向分配系数ri(i，t)，进而计算得到第i片主梁的分配系数序列 n(i);图3为同一断面的各梁挠度时程曲线（以4片梁为例），根据图2峰值识别算法，可得到
各片梁的峰值序列P(1)，P(2)，…，p(i)，根据公式 主梁的横向分配系数，形成第i片主梁的横向分配系数序列n(i)。
[0016] (4)根据步骤(3)的横向分配系数序列ri(i)进行第i片主梁荷载横向分配系数的概 率分布拟合，并进行拟合检验，得到横向分配系数的概率密度函数、平均值和变异系数;图4 为所述步骤3中横向分配系数序列n(i)的概率分布拟合曲线示意图，根据拟合曲线可以得 到概率密度函数fn( i)、峰值的平均值μη( i)和变异系数心(i)。拟合过程为： a. 根据横向分配系数序列n(i)，绘制频率分布直方图； b. 判断挠度峰值所服从的概率分布类型，进行概率分布拟合； c. 对拟合结果进行检验，判断拟合效果。
[0017] (5)建立第i片主梁横向联系可靠度的功能函数方程Z(i)，Z(i)=ariR(i)-ri S(i)，其 中，nR (i)为第i片主梁理论横向分配系数变量，可根据桥梁类型选择相应的计算理论(如 空心板桥采用铰接板法或G-Μ法)得到;IIS (i)为第i片主梁实测横向分配系数变量，该变量 的概率密度函数、平均值和变异系数根据步骤(4)得到；α为计算不确定性系数，其均值为 1.0,变异系数可参考GB/T50283《公路工程结构可靠度设计统一标准》。
[0018] (6)根据步骤(5)的功能函数方程Z(i)计算可靠度指标β。
[0019] 图5为基于验算点法的桥梁横向联系可靠度计算流程。根据桥梁的结构信息，计算 得到第i片主梁理论横向分配系数变量，按照步骤5建立功能函数方程;根据步骤(1Μ4)确 定实测第i片主梁横向分配系数变量的概率密度函数f n(i)、峰值的平均值μη(υ和变异系数 Sn(i);而后可根据图5所示的计算流程，迭代确定根据第i片主梁计算得到的桥梁实际横向 联系性能的可靠度指标。通过对每片主梁分别计算最终获得桥梁的整体横向联系性能。
【主权项】
1. 一种基于晓度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，其特征在于，包括如下 步骤： (1) 对同一监测断面的第i片主梁晓度数据进行预处理，得到第i片主梁晓度数据曲线X 。），1=1，2，。'11，11为主梁片数； (2) 对步骤(1)的晓度数据曲线x(i)进行峰值识别，得到第i片主梁晓度峰值序列p(i); (3) 根据步骤(2)的晓度峰值序列p(i)得出各片梁同一时刻t时的峰值p(i，t)，由p(i， t)得到第i片主梁t时的横向分配系数ri(i，t)，进而计算得到第i片主梁的横向分配系数序 列n(i); (4) 根据步骤(3)的横向分配系数序列ri(i)进行第i片主梁横向分配系数的概率分布拟 合，并进行拟合检验，得到横向分配系数的概率密度函数、平均值和变异系数； 巧)建立第i片主梁横向联系可靠度的功能函数方程Z(i); (6)根据步骤巧）的功能函数方程Z(i)计算可靠度指标β。2. 根据权利要求1所述的基于晓度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，其特 征在于，所述的步骤(2)包括W下步骤： a. 针对第i片主梁，对晓度数据曲线x(i)进行平滑处理，而后对需求的峰值区间进行 界定； b. 采用平滑曲线确定出现峰值的时刻； C.在出现的峰值时刻两侧捜索获得晓度的最大值，得到第i片主梁的晓度峰值序列P (i)〇3. 根据权利要求1所述的基于晓度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，其特 征在于，所述的步骤(3)包括W下步骤： a. 根据步骤(2)得到同一时刻t时各片主梁的峰值p(l，t)，p(2，t)，一p(i，t)r-p(n， t)，n为主梁片数； b. 根据下式计算得到第i片主梁的横向分配系数4. 根据权利要求1所述的基于晓度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，其特 征在于:所述的步骤巧)功能函数方程为Z(i)=叫R(i)-ris(i)，其中，％ (i)为第i片主梁理论 横向分配系数变量;ns(i)为第i片主梁实测横向分配系数变量，该变量的概率密度函数、平 均值和变异系数根据步骤(4)得到;α为计算不确定性系数。
【专利摘要】一种基于挠度监测的装配式桥梁横向联系可靠度评价方法，包括以下步骤：对同一断面多片梁的挠度监测数据进行奇异值剔除、降噪、归零预处理；对预处理后的监测数据进行峰值识别，得到同一断面多片梁同一时刻的峰值数据；根据峰值数据转换得到单一主梁的荷载横向分配系数序列；对横向分配系数进行概率分布拟合和拟合检验，得到分配系数的概率密度函数、平均值和变异系数；建立桥梁横向联系的功能函数方程；进行桥梁横向联系可靠度指标的计算。本发明的功能函数方程既包括桥梁的实际运营信息，也涵盖桥梁的设计参数，用于评估桥梁实际横向联系水平相对于理想设计状态的可靠度指标，尤其适用于多梁式装配式桥梁健康监测中基于挠度监测数据的桥梁状态评估。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105574233
【申请号】CN201510911720
【发明人】程坤, 唐国斌, 马赟
【申请人】河南省交通科学技术研究院有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月11日