[发明专利]一种基于多荷载工况结构响应关联的传感器优化布置方法

说明书

本申请涉及一种基于多荷载工况结构响应关联的传感器优化布置方法，属于土木工程结构健康监测传感器布置技术领域。本申请包括以下步骤：S1、获取每种荷载工况下的结构响应，计算每种荷载工况下各所述结构响应间的关联关系；S2、确定多荷载工况下各结构响应的综合关联关系；S3、运用聚类方法确定多荷载工况下所述结构响应的关联区域；S4、以获取完备结构响应信息为原则，基于所述结构响应的关联区域确定传感器的布置点。通过本申请有助于实现通过有限的传感器测点对结构进行全局监测，能获取多荷载工况下完备的结构响应信息并取得较好结果，从而保证监测的有效性和可行性。

技术领域

本申请属于土木工程结构健康监测传感器布置技术领域，具体涉及一种基于多荷载工况结构响应关联的传感器优化布置方法。

背景技术

结构健康监测通过针对结构关键部位以及周围环境进行监测，基于监测数据可以获取真实结构的真实响应，对重大工程结构进行实时的监测与诊断，能及时发现结构的损伤并评估其安全性。然而，结构健康监测系统布置的测点有限，主要依据前期有限元模型分析得出的结果进行布置，布置的测点有可能并不是较好的位置，同时也无法获取所有构件的应力和节点的位移，从而不足以对结构的安全进行全面评估。

国内外学者对于传感器的优化布置准则进行了相关的研究，一般主要采用应力应变传感器和位移传感器，提出了多种优化布置准则。目前针对于关键部位的传感器优化布置，有的学者基于结构多尺度模拟与结构局部应力分析的应变传感器布置方法，确定结构中关键部位的应变传感器，从结构整体到局部对应力进行监测，但是该方法只考虑了关键部位，对于其余位置的应力未进行监测。而为了获取未布置传感器处的响应，有的学者基于插值拟合误差最小的方法，考虑截面的插值拟合误差最小，根据已布置传感器截面的监测信息拟合出截面其他位置的响应，但该方法选取的截面尚不确定，且无法获取不同空间位置的响应。此外，也有学者提出基于响应间的关联性进行传感器的优化布置，基于响应关联分析，进行平面网架结构位移传感器的布置，可基于布置点位移响应，采用偏最小二乘法估计其余位置的位移响应，但此方法并未考虑荷载变化时响应间的关联关系发生变化，所以针对于荷载变化时具有一定的局限性。

通过分析国内外学者对于传感器优化布置的研究，发现目前的方法对荷载工况变化时的传感器优化布置仍有不足，无法通过有限的传感器测点对结构进行全局监测。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于多荷载工况结构响应关联的传感器优化布置方法，有助于实现通过有限的传感器测点对结构进行全局监测。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

一种基于多荷载工况结构响应关联的传感器优化布置方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取每种荷载工况下的结构响应，计算每种荷载工况下各所述结构响应间的关联关系；

S2、确定多荷载工况下各所述结构响应的综合关联关系；

S3、运用聚类方法确定多荷载工况下所述结构响应的关联区域；

S4、以获取完备结构响应信息为原则，基于所述结构响应的关联区域确定传感器的布置点。

进一步地，所述S1、获取每种荷载工况下的结构响应，计算每种荷载工况下各所述结构响应间的关联关系，包括：

S11、采用结构响应变化趋势关联系数确定响应间变化趋势的相似性；

S12、采用结构响应变化大小关联系数确定响应间变化大小的相似性；

S13、根据确定出的响应间变化趋势的相似性和响应间变化大小的相似性，评判每种荷载工况下各所述结构响应间的关联关系。

进一步地，所述S1、获取每种荷载工况下的所述结构响应，计算每种荷载工况下各所述结构响应间的关联关系，具体包括：