基于大跨径桥梁健康监测的桥梁技术评定方法研究.pdf

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1、城市建筑┃道路桥梁┃URBANISMANDARCHITECTURE┃ROADANDBRIDGE基于大跨径桥梁健康监测的桥梁技术评定方法研究■李冬冬杨忠贤[摘要]本文通过对传统健康监测系统阈值设置方法的分析，指出了该方法既有缺陷。基于“拉梅方程”，推导了空limy+间曲面阈值边界方程，建立了一种适用于桥梁健康监测系.limy+.统动态评定的评定方法。以工程实际为依托，确定了该评定方法的有效性和适用性。limx-limx+ylimx-limx+xO[关键词]健康监测系统技术状况评定方法拉梅方程Olimy-limy-大跨径桥梁健康实时监测研究是

2、近年来桥梁工图2超椭圆形阈值模型与传统阈值模型对比程领域快速发展的分支学科之一。通过对被监测桥图1传统健康监测系统的阈值模型可以看出，采用超椭圆阈值模型后，削去了传梁应力、内力及位移等参数实时、长期、连续地监当监测数据点落在阴影区域内时，即认为结构统矩形阈值模型的尖角，增强了对危险数据点敏感测，可以让养护人员对监测桥梁的运营状况有及时处于健康状态；当数据点落在阴影区外，则认为结度。对于有n个监测变量的健康监测系统中，假设准确地了解。同时，长期、高频地监测也带来了海构出现缺陷，系统则发布预警。然而对于图中所示实际工程中某桥梁具有n个监测变量

3、T1-Tn，则其健量的数据量。如何对海量的监测数据进行分析、处的红色数据点，结构已经出现问题，但是监测系统康监测系统的监测向量可表示为：理，最终实现对监测桥梁的技术状况进行评定，仍并不会发布预警。但实际上，较多的监测变量同时{T}＝{T1,T2,...Tn}是值得研究的问题。趋近于预警阈值的情况，对于桥梁养护管理人员而抽象地说，桥梁任一时刻的状态看作是n维向通过对健康监测系统获取的监测数据处理、分言是十分值得关注的。量空间内的一数据点，不同时刻的数据点在监测中析实现桥梁技术状况的评定，其数学本质是一个复基于此，并考虑到监测变量间协调工作的

4、关系。值附近波动，并应该被某一范围所包含，这一范围杂的决策问题。因此，现阶段主要的桥梁技术状况本文尝试了采用矩形阈值区域内切超椭圆即为具有n个监测变量桥梁健康监测系统的预警阈评定方法多是基于运筹学基本理论发展起来的，如（super-ellipse）也称为拉梅曲线（Lamécurve）值。将二维超椭圆形阈值方程推广到n维空间里，层次分析法、模糊理论、遗传理论、灰色关联度理来作为健康监测系统的阈值。拉梅曲线可用如下表有：论等。其中，层次分析法凭借其简单的数学原理、示：(T－T)n(T－T)n(T－T)n1122m（1）良好的编程性备受工程技术

5、人员青睐，在结构健康nnn﹢n﹢...n≤1(

6、x)

7、﹢(

8、y)

9、＝1r1r2rm监测领域应用最为成熟、广泛。但由于传统的层次(a)(b)其中，Ti（i=1，2，…m）为监测变量阈值中值，分析过程是一个静态的决策过程，即便引入变权重其中，n称为拉梅曲线的阶数。n越大，曲线边可按下式计算：分析，也难以适应健康监测系统动态的分析过程。界越接近矩形；a、b均为正数，称为半直径。﹢－鉴于此，本文对大跨径桥梁健康监测系统进行limT﹢limTT＝ii仍以两个监测变量组成的监测系统为例，其阈i了相关的了解，提出了采用n维空间的“超椭球面”2值范围如图

10、2所示。该阈值范围可由如下方程表示：作为健康监测系统的阈值，并基于此建立了一种适ri（i=1，2，…m）为椭球方程各半直径，可按nn用于桥梁健康监测动态评估的技术状况评定方法。(x－x)(y－y)﹢≤1下式计算：nn一、超椭球阈值方程的建立rxry﹢－limT－limT现阶段，较普遍的桥梁健康监测阈值的设定方r＝ii上式中：x，y分别代表监测系统的监测变量；i法，一般仅针对单个监测变量进行。即认为当某个2n为超椭圆方程的阶数，须根据工程实际情况监测变量的实时监测值超过其预警阈值时，监测系m个监测变量桥梁健康监测系统的阈值范围为确定；统即发

11、出预警。这种阈值设定方法思路清晰简单，n空间内的“超椭球”。当监测数据点落在“超椭球”x、y分别代表监测系统的监测阈值中值，可工程上更容易实现，在桥梁健康监测领域被广泛应内部时，认为桥梁处于健康状态；反之，则认为桥按下式计算：用。然而，这种方法是先针对单个监测变量确定阈梁存在缺陷。对于多级预警的健康监测系统，不同﹢－值，再将各个阈值统一起来形成整个健康监测的阈x＝limx﹢limx级别的预警阈值为一组大小不一的同心“超椭球”。2值系统。但归根结底，它无法反应出各个监测变量通过对“超椭球”形阈值方程的观察可知，其具有之间的相互影响，这一点是

12、十分不符合工程实际的。limy﹢﹢limy－以下性质：此外，这种阈值系统对结构缺陷的敏感度也不y＝2（1）协调性够。如由于某种原因，悬索桥吊杆产生结构性缺陷，与传统的阈值方程不同，“椭球”形阈