[发明专利]基于混沌动力学理论的在役桥梁安全评估的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构安全评估技术，尤其涉及一种基于混沌动力学理论的在役桥梁安全评估的方法。

背景技术

近年来随着桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁结构形式与功能日趋复杂，工程的规模也越来越大，然而在世界各国都相继发生了一些桥梁突然性的破坏事件，这些灾难性的事件使得各国科研人员认为：对桥梁在运营状态下的健康监测问题的研究是刻不容缓的；通过对桥梁结构状态的监控与评估，可以达到保证桥梁安全运营，避免桥梁安全事故发生的目的；同时监测信息可为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。

然而，目前针对大体量、多自由度、荷载激励未知的桥梁结构，只是单纯得到各个结构截面的应力、应变、挠度、加速度等结构响应信息，在产生了海量的监测数据的情况下却无法完成对结构整体或构件准确、可靠的安全状态评估信息。结构健康监测所获取的结构响应信息来源于结构各部位在随机荷载激励下的振动响应，其本质是振动系统在外部激励下的系统耗散过程。由此，将各部位监测的振动响应与结构系统统一起来，实现对桥梁结构健康监测及安全评估本质的认识是目前国内外研究的热点。如何从监测到的海量桥梁结构实时响应信息提取结构安全状态参数却是国内外亟需解决的重大难题。

发明内容

本发明提出了一种基于混沌动力学理论的在役桥梁安全评估的方法，1)根据被测桥梁结构的系统振动方程[M]{x··}+[C]{x·}+[K]{x}={F(t)},]]>选取符合被测桥梁结构形式的自由度作为系统振动方程中的各个矩阵的阶数；采用Melnikov方法确定系统振动方程发生Smale意义下的混沌时桥梁结构的理论临界参数；2)从实际监测数据中提取混沌指标，求得各混沌指标的混沌指标熵；3)根据理论临界参数对混沌指标熵进行标定，得到混沌指标熵与理论临界参数条件下的结构抗力之间的映射关系，使得按混沌时间序列获得的混沌指标熵的演化过程反映结构抗力的演化过程；4)以某一时间段为周期，定时提取当前监测数据所对应的混沌指标的当前值，采用混沌指标熵对混沌指标的当前值进行演化，根据混沌指标熵与结构抗力之间的映射关系，将混沌指标的当前值的演化过程映射为结构抗力的演化过程，即可对桥梁结构的当前安全状态进行评价；

其中，[M]、[C]、[K]分别是质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵；

{x}分别是加速度向量、速度向量、位移向量；

{F(t)}是载荷向量，也即激励阵。

所述的混沌指标包括：监测信息所构成的混沌时间序列的关联维数、K熵、李氏指数、最小嵌入维数；混沌时间序列也即提取实际监测数据的时间序列；

临界参数即：桥梁结构系统从非混沌状态向混沌状态跳变、或从混沌状态向非混沌状态跳变时，各种混沌指标的临界值；

步骤2)中，由提取的混沌指标所得到的混沌指标熵为：

HL=-Σi=1mLilog(Li)]]>