论文研究-基于可靠度理论的桥梁安全远程监测方法 .pdf

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基于可靠度理论的桥梁安全远程监测方法,蒋震,刘琼慧,我国桥梁建设正处高速发展阶段,如何加强运营桥梁的长期安全监测已成日益迫切的研究课题。本文运用信息技术、传感器技术、网络及
中国武技记文在 http://www.paper.edu.cn Z=R一S<0:表明结构已失效或被破坏; Z=RS=0:表明结构处于极限状态 可靠性指标基本公式 (当R、S均为正态随机变量且相互独立时)(2) 或 ln(1/4) (当R、S为对数正态随机变量且相互独立时)(3) 上两式中,B可靠性指标 分别为荷载效应S的统计均值、方差值; 分别为结构抗力R的统计均值、方差值 为求得桥梁结构的可靠指标,须获取桥梁结构的统计特征值μ、σ、μ、σ回。 桥梁结构荷载效应的统计参数获取 在桥梁安仝监测评价体系中,荷载效应统计参数可利用实时监测得到的应变、挠度值与 按现行规范规定的标准荷载效应的比值,经分布优度拟合检验得到 (4) 上式中, 荷载效应系数、无量纲,用于统计分析; 为监测效应值,由监测信息处理得到,包括应变、挠度值; 为标准效应值,由现行规范規定的标准车辆荷载作用下经计算得到 的效应值,包括应变、挠度2。 利用(4)式可得到动态的参数值,=1,2,3…。统计参数均值、标准差σ和 变异系数等则可由动态的经分布优度拟合检验得到。 桥梁远程监测信息的荷载效应最大值分布及拟合技术 在荷载效应的可靠度计算中,通常采用何载效应的最大值概率分布进行。因此,研究和 实现最大值概率分布显得特别重要 设 1,2 是几个不同时间段内的荷载效应,与之对应的分布函数为 ()。在可靠度的计算中,我们希望获得 1,2 这几个不变 荷绂效应中最大值的概率分布函数()。假定1,2,…,是独立关系,则 ()={max( )≤ 中国武技记文在 http://www.paper.edu.cn 特别地当 独立同分布时,1()=2() 时,()=[0()。 表1最大值概率分布计算表 Tab 1 Maximun Probabilily distribution Calculation Table 第一时段 第二时段 第三时段第天最大值分布 第一大(周) () 第二天(周) 2 23() () 第j时段最大值 其中,()代表第天第吋段的分布函数,=1,2,…,=1,2,3 )代表第天的最大值分布函数,=1,2,… ()代衣第时段的最大值分布函数=1,2,3。 对最小基本单位(天)、(时段)的长度可以依据实际情况进行调整。 杵丕数 F (4 L,O 图3最大值概率分布实现及统训参数摄取总休框图 Fig3 Overall Flow Chart of Maximum Probability Distribution Realization and statistical parameter retrieval 图中,①需经过x2拟合优度检验,拟合出(): ②、③由最大值理论,通过计算机处理获得 ④下面继续介绍: 设0()是每个时段的分布函数,且各时段的分布函数都相同。若0()是瑞利分布, 且→>∞时,()就服从极值Ⅰ型分布, 的两个参数 =2√2lha为瑞利分布参数。若0()是极大值I型分布时,()亦服从极 中国武技记文在 http://www.paper.edu.cn 大值型分布,其中a=a,B=B+B,与是原极大值1型分布的参数 然而这种特定条件一旦不满足时,我们需寻求更为一般的方法和计算机技术,当最大值 概率分布()已在前面获得时 O κ拟合检验桥梁监测信息分布的过程 在应用x2检验法进行分布拟合检验时,为了计算x2统计量,需要将样本分成k个互不 相交的小区间[a0,a],[a1,a2],,[a1,a],然后统计出样本数据x1,x2,…, xa落在第i个区间的频数f。于是,在假设应力、强度、温度等监测参数服从某一分布的情 况下,我们可以计算出p=P{a11<xi<a;} P{a1<x<a1}=F0(a;) Fo(a-1),i=1,2,…,k。其中,分布 )参数期望μ、方差σ可以 用极大似然法估算出。由统计理论可知, 如果样木服从该分布,那 么样本数据落入第个区间的频数f与理论 频数Np1(N为样本容量) 的差异不会很大。因此,做x2统计量 可以证明当N充分大(N>>1)时,x2统计量近似地服从自由度kr1的x2分布(其 中r为被估计参数的个数),于是当x2≤xa 1)时,就可以认为应力或强度等服从 x2分布(a为显著性水平)。 桥梁安全远程监测系统的实现 结合桥梁监测数据的量大、处理速度要求高的特点,采用目前比较流行的数据库前台开 发工具 PowerBuilder和后台数据库管理系统 SQL Server进行开发。计算机实现上要包括: 牷测数据的获取(样本导入)、分布函数拟合两人模块。系统逻辑结构见图4。 桥监测 系统 采集 样分 利息数据 淑以 果 图4桥梁安全远程监测管理系统逻辑结构 Fig4 Logical Structure of the Bridge Monitoring Management System 系统动态可靠度计算 采用一次阶矩法迭代求解可靠指标。 中国武技记文在 http://www.paper.edu.cn 总结 本文结合桥梁实际,介绍了桥梁的远程安仝监测方案,着重阐述了基于可靠度理论的实 际安全评价模式,可望对桥裟工程实践起到一定的借鉴作用。诚然,桥梁安全监测课题是 国际上急待解决而乂丨分棘手的课题,而桥梁结构往往受众多不确定性因素和复杂工作坯境 的影响,目前所取得的成就和研究还处于基础性探索阶段。鉴于笔者水平所限,文中难免有 不足之处,还恳望同行们能给予多多批评指正。 参考文献 [1]赵国藩,金伟良,贡金鑫,结构可靠度理论[M]. [2]张建仁.公路工程结构可靠度理讼及其应用[M]. [3]GB50153-92,工程结构可靠度设计统一标准[S].北京:屮国计划出版社,1992 4]金伟良,赵羽习.混凝十结构耐久性硏究的回顾与发展[M].浙江大学学报(工学版),2002,36(4): [5]袁万城,崔飞,张启伟.桥梁健康检测与状态评佔的研究现状与发展[J].同济大学学报,1999,27 (2):184~l88 [6]史家钧,项海帆,许俊.确保大型桥梁安全性与耐久性的综合监测系统[].同济大学学报,197,25 增刊):71~75 [7] YoZo Fujino and Niels C. Lind. Proof Load Factors and Reliability [1]. Journal of The Structural Division, April 1997(5): 25-36 Jiang Zhen Liu Qionghui", Xiong Qingyu Computer Department of Chongqing Jiaotong University, Chongqing (400074) Management Department of Chongqing Jiaotong University, Chongqing (400074) Automation Department of Chongqing University, Chongqing (400074) With China's bridge construction developing at top speed, there is an urgent need to study long-term safety monitoring of operating bridges. This proposal intends to construct the long-range monitoring system through applications of information technology, sensor technology, and communication and network technology. It also aims to apply the reliability theory to the long-range bridge monitoring assessment system. In addition, the article explains means of retrieving the statistical parameters of load effect. the distribution and the estimation technology of load effect, and the calculation methods of reliability. It is hoped that the long-range monitoring method and the assessment system for bridges based on the reliability theory will play a significant role in future bridge monitoring practices Monitoring system, Assessment, Reliability 作者简介:蒋震,男,1967年牛,讲师,要研究方向是计算机信息系统、模式识别、神 经网络

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