[发明专利]基于长期挠度监测数据的混凝土桥梁刚度可靠度评估方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构可靠度评估技术领域，具体涉及一种基于长期挠度监测数据的混凝土桥梁刚度可靠度评估方法。

背景技术

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。

车辆荷载作用下桥梁的挠度，即桥梁的整体刚度，是最能直接反应桥梁运营状态的指标之一。然而，目前结合长期挠度监测数据进行桥梁可靠度评估的研究并不多，已有的成果从构件层次着手，或者在建立可靠度功能函数时尚未考虑桥梁的理论设计状态，进而导致桥梁刚度的评价结果与设计理想状态可比性不强。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于长期挠度监测数据的混凝土桥梁刚度可靠度评估方法，其可以对正常运营下桥梁的整体刚度性能是否符合设计状态进行评价。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于长期挠度监测数据的混凝土桥梁刚度可靠度评估方法，其包括如下步骤：

步骤1、对监测的桥梁挠度数据进行预处理，得到真实的桥梁挠度时程x；

步骤2、对步骤1得到的挠度时程x进行峰值识别，得到峰值序列p；

步骤3、根据峰值序列p进行挠度峰值的概率分布拟合，并进行拟合检验，得到挠度峰值的概率密度函数、平均值和变异系数；

步骤4、建立计算桥梁刚度可靠度的功能函数方程Z；

步骤5、计算可靠度指标β。具体为：根据步骤4所得的功能函数方程Z、以及功能函数方程Z中各变量的概率密度函数、平均值和变异系数计算刚度可靠度指标，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。

具体的，所述的步骤2包括以下步骤：

a.对挠度时程x进行平滑处理，然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.在出现峰值时刻的两侧搜索获得挠度的最大值。

所述步骤4具体为：建立计算桥梁刚度可靠度的功能函数方程Z=αw-f；其中，

f：为实测挠度变量，其概率密度函数、平均值和变异系数由步骤3获得；

w：为根据桥梁设计规范得到的正常使用状态下的挠度；

α：为计算不确定性系数。

在进行正常使用状态下的挠度w计算时，各计算参数的概率密度函数、平均值和变异系数应符合GB/T50283《公路工程结构可靠度设计统一标准》的规定。

所述的步骤1为对现场传感设备监测采集的桥梁挠度数据进行归零、去噪、奇异值剔除等数据预处理操作，得到真实的桥梁挠度时程x。步骤1中采集的挠度数据应有一定的时间范围（数月或数年），以正确反映桥梁的正常运营状态。

所述的步骤3为根据峰值序列p绘制频率分布直方图，判断挠度峰值所服从的概率分布类型，进行概率分布拟合，并对拟合结果进行检验。目的在于获得挠度峰值的概率密度函数、平均值和变异系数。

步骤4中w的计算可依据JTGD26《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算得到。以简支全预应力混凝土桥梁为例，正常使用状态下的挠度w表达式为：

其中，M_s为短期效应组合下的弯矩值；E_c为混凝土弹性模量；I₀为全截面换算截面惯性矩；为挠度长期增长系数；l为桥梁跨径。各计算参数的概率密度函数、平均值和变异系数等应符合GB/T50283《公路工程结构可靠度设计统一标准》的规定。

本发明考虑的功能函数方程Z既包括桥梁的实际运营信息，也涵盖桥梁的设计参数，用于评估桥梁实际刚度水平相对于理想设计状态的可靠度指标，尤其适用于桥梁健康监测中基于挠度数据的桥梁状态评估。

和现有技术相比，本发明评估方法的有益效果：