[发明专利]一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法

权利要求书

1.一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取桥梁固有频率与环境温度数据；

步骤2：分析固有频率与环境温度的相关性；

步骤3：计算固有频率-环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线的垂直距离；

步骤4：建立垂直距离概率模型；

步骤5：计算不同环境温度下的固有频率预警阈值，若某一环境温度下的实测固有频率超过了预警阈值，则表明桥梁结构动力特性发生异常，此时需要进行桥梁动力特性异常的报警。

2.根据权利要求1所述的一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，其特征在于，步骤1中，获取桥梁固有频率与环境温度数据的方法如下：

桥梁安装加速度传感器和环境温度传感器，实时采集桥梁结构每天各个时间段的振动加速度及环境温度数据；

选择成桥后某段时间的加速度数据进行频谱分析，获得加速度响应自功率谱曲线，识别功率谱曲线峰值，获得桥梁固有频率范围；选取与固有频率同一时刻的环境温度，建立固有频率-环境温度数据散点。

3.根据权利要求2所述的一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，其特征在于，步骤2中，分析固有频率与环境温度的相关性的方法如下：

对于步骤1获得的桥梁某阶固有频率-环境温度数据散点，采用公式(1)，即以最小二乘法为原理的线性拟合函数，进行固有频率与环境温度的相关性拟合分析：

f_m(T)＝p₀+p₁T

(1)

式中：f_m为通过振动加速度数据得到的固有频率；T为对应环境平均温度；p₀、p₁为线性拟合系数。

4.根据权利要求3所述的一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，其特征在于，步骤3中，计算固有频率-环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线的垂直距离的方法如下：

以步骤2所获得的桥梁某阶固有频率与温度的线性相关性拟合曲线为对象，根据公式(2)得到步骤2分析中所用到的固有频率-环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线的垂直距离：

式中：d为固有频率-环境温度数据散点至线性相关性拟合曲线的垂直距离；Ax+By+C＝0为固有频率与温度相关性拟合的线性方程；x₀为环境温度，y₀为固有频率。

5.根据权利要求4所述的一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，其特征在于，步骤4中，建立垂直距离概率模型的方法如下：

以获得的垂直距离数据为样本建立垂直距离概率模型，对垂直距离概率模型进行分布拟合，得到概率模型所服从的分布，并获得其累计分布函数(CDF)及标准差δ。

6.根据权利要求5所述的一种考虑环境温度变异的桥梁动力特性异常预警方法，其特征在于，步骤5中，计算不同环境温度下的固有频率预警阈值的方法如下：

基于步骤4所获得的累计分布函数CDF及标准差δ，以公式(3)即累积分布函数在95％保证率所对应的垂直距离d_max作为计算固有频率预警阈值的参数；

d_max＝95％CDF+δ (3)

将步骤2中所获得的某阶固有频率与温度的线性相关性拟合曲线沿其法向平移±d_max获得预警时的固有频率与温度的线性相关性拟合曲线，其线性方程通过公式(4)计算可得；

式中：d_max为公式(3)中累积分布函数95％保证率对应的垂直距离；A、B和C为公式(2)中所用到的平移之前固有频率与温度相关性拟合的线性方程的系数；x为环境温度，y为固有频率；

公式(4)所获得的两条线性曲线方程界定了固有频率-环境温度数据散点的范围，并得到不同环境温度下的固有频率预警阈值。