基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法、装置及设备

1.本发明涉及桥梁监测技术领域，具体涉及一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法、装置及设备。


背景技术：

2.对于传统桥梁结构状态评估来说，一般有2种方式是受到广泛认可的。其一，是基于定期人工检测的加权综合评分方法，直接根据检测结果评分判定桥梁结构状态；另外一种，是通过荷载试验的方式，即通过施加确定的荷载，得到桥梁的挠度、应变等响应，实测响应与理论计算响应的比值计算校验系数，以校验系数来评估桥梁承载能力是否满足要求。
3.传统桥梁荷载试验一般需要耗费2～3天时间，封闭交通，布设各类型监测传感器，然后加载经过称重已知重量的车队，通过测量得到的结构响应与理论分析的结构响应来计算荷载试验校验系数。
4.但是这种方案需要耗时久，费用高，对交通的影响大。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法、装置及设备，能够解决现有技术中轨道交通桥梁荷载试验方案需要耗时久，费用高，对交通影响大的问题。
6.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
7.本发明提供一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法，包括以下步骤：
8.获取首趟车起点发车时间后第一设定时间段内的结构响应实测值；
9.剔除结构相应实测值中的无效数据，得到有效结构响应实测值；
10.根据有限元模型计算单列空载车的结构响应理论值；
11.根据有效结构响应实测值和结构响应理论值，计算结构响应校验系数。
12.在一些可选的方案中，所述的剔除结构相应实测值中的无效数据，得到有效结构响应实测值，包括：
13.获取第二设定时间段内车辆通过时待测结构的结构响应均值；
14.根据结构响应均值，剔除结构相应实测值中的异常数据，得到去异常结构相应实测值；
15.根据结构响应均值，剔除去异常结构相应实测值中的两列车同时经过待测结构的数据，得到单列车通行有效结构响应实测值。
16.在一些可选的方案中，所述的剔除结构相应实测值中的无效数据，得到有效结构响应实测值，还包括：
17.获取车辆通过待测结构的通过时间；
18.在剔除结构相应实测值中的无效数据后，还判断连续结构相应实测值对应的采集时间与设定通过时间的差值是否在设定时间范围内，若否，则将对应的结构相应实测值剔
除。
19.在一些可选的方案中，在获取车辆通过时待测结构的设定通过时间时，可通过数学计算的方式获取，也可以通过实测的方式获取，在通过实测的方式获取设定通过时间时，统计分析第三设定时间段的结构响应值，经处理分析分辨计算出单列车通行的平均时间间隔，以该时间作为设定通过时间。
20.在一些可选的方案中，所述的根据结构响应均值，剔除结构相应实测值中的异常数据，得到去异常结构相应实测值，包括：将结构相应实测值中大于结构响应均值3倍小于结构响应均值0.5倍的结构相应实测值剔除，得到去异常结构相应实测值。
21.在一些可选的方案中，所述的根据结构响应均值，剔除去异常结构相应实测值中的两列车同时经过待测结构的数据，得到有效结构响应实测值，包括：将结构相应实测值中大于结构响应均值1.5倍的结构相应实测值剔除，得到有效结构相应实测值。
22.在一些可选的方案中，所述结构响应包括结构动应变响应和结构动挠度响应。
23.在一些可选的方案中，所述的根据有效结构响应实测值和结构响应理论值，确定结构响应校验系数，包括：
24.根据ηs＝ps/as，确定结构动应变响应校验系数ηs；
25.根据ηd＝pd/ad，确定结构动挠度响应校验系数ηd；
26.其中，ps为有效结构动应变响应实测值中的峰值，as为结构动应变响应理论值；pd为有效结构动挠度响应实测值中的峰值，ad为结构动挠度响应理论值。
27.另一方面，本发明提供一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验装置，其特征在于，包括：
28.实测值获取模块，其用于获取首趟车起点发车时间后第一设定时间段内的结构响应实测值；
29.无效数据剔除模块，其用于剔除结构相应实测值中的无效数据，得到有效结构响应实测值；
30.理论值获取模块，其用于根据有限元模型计算单列空载车的结构响应理论值；
31.校验系数计算模块，其用于根据有效结构响应实测值和结构响应理论值，计算结构响应校验系数。
32.还有一方面，本发明提供一种计算机设备，其特征在于，包括：所述计算机设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法的步骤。
33.与现有技术相比，本发明的优点在于：本方案利用每天早上的首趟车对桥梁进行加载试验，实现每天一次的快速荷载试验，来获取桥梁的校验系数，若校验系数比较平稳，说明桥梁状态比较稳定，未发生劣化。一旦桥梁发生劣化，那么校验系数将会有明显的增大。该方案可在不中断交通的情况下完成荷载试验，对结构状态进行评估。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例中于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法的流程示意图；
36.图2为本发明实施例中计算机设备的结构示意框图。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
39.图1为本发明实施例中于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法的流程示意图；如图1所示，一方面，本发明提供一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法，包括以下步骤：
40.s1：获取首趟车起点发车时间后第一设定时间段内的结构响应实测值。
41.在本例中，获取首趟车大概发车时间区间，如首趟车起点发车时间为6:30，则将首趟车识别区间定位6:30～7:30，降低首趟车识别数据分析量，提高数据分析效率。本例中，第一设定时间段取1个小时，在其他实施例中，也可以取其他时长。
42.在桥梁上布置健康监测系统，设计动挠度、动应变等监测参数，动力特性参数采样频率应在10hz或以上，能够满足地铁车辆通行时结构响应采样要求；动力参数监测测点应考虑冗余设计要求，以免传感器在运营过程中发生故障。地铁桥梁线路较长，选择线路部分区间的桥梁布置桥梁健康监测系统测点，实现桥梁结构响应的实时采集。
43.本例中，以结构动挠度与动应变为计算荷载试验校验系数的参数，所述结构响应包括结构动应变响应和结构动挠度响应。因此，监测桥梁上应布置动挠度或动应变测点，或者同时布置两种测点及其他测点。
44.s2：剔除结构相应实测值中的无效数据，得到有效结构响应实测值。
45.采用峰值法获取结构的响应，由于传感器采集设备故障或者外界强电流干扰的影响，以该方法获取的结构动力响应可能存在异常值，需要将异常值剔除掉。
46.在一些可选的实施例中，步骤s2包括：
47.s21：获取第二设定时间段内车辆通过时待测结构的结构响应均值。
48.在本例中，根据一段时间段监测数据，统计获取地铁车辆在待测结构通行时结构响应值。并将所有的地铁车辆在待测结构通行时结构响应值取平均即得到结构响应均值p0。在本实施例中，可获取一天时间内的监测数据。由于一天内的监测数据有均是车辆上有乘客的数据，此处结构响应均值p0只是作为一个剔除无效数据的基准值，以结构响应均值p0剔除监测到的异常数据。
49.s22：根据结构响应均值，剔除结构相应实测值中的异常数据，得到去异常结构相应实测值。
50.在本例中，将结构相应实测值中大于结构响应均值3倍小于结构响应均值0.5倍的结构相应实测值剔除，得到去异常结构相应实测值。
51.s23：根据结构响应均值，剔除去异常结构相应实测值中的两列车同时经过待测结构的数据，得到单列车通行有效结构响应实测值。
52.在本实施例中，将结构相应实测值中大于结构响应均值1.5倍的结构相应实测值剔除，得到有效结构相应实测值。
53.在一些可选的实施例中，步骤s2还包括步骤s24：
54.s241：获取车辆按设定时速通过时待测结构的设定通过时间。
55.在实施例中，在获取车辆按设定时速通过时待测结构的设定通过时间时，可通过数学计算的方式获取，也可以通过实测的方式获取。
56.另外，在通过实测的方式获取设定通过时间时，在通过实测的方式获取设定通过时间时，统计分析第三设定时间段的结构响应值，经处理分析分辨计算出单列车通行的平均时间间隔，以该时间作为设定通过时间。本例中，第三设定时间段为10天左右，以人工后处理分析等手段，分辨计算出单列车通行的平均时间间隔，以该时间作为设定通过时间。
57.s242：在剔除结构相应实测值中的无效数据后，还判断连续结构相应实测值对应的采集时间与设定通过时间的差值是否在设定时间范围内，若否，则将对应的结构相应实测值剔除。
58.在剔除不合适的数值后，获得动应变响应峰值ps，获得动挠度响应峰值pd。
59.s3：根据有限元模型计算单列空载车的结构响应理论值。
60.本例中，建立桥梁结构有限元模型，有限元模型计算单列空载车的结构动应变响应值为as，动挠度响应值为ad。
61.s4：根据有效结构响应实测值和结构响应理论值，确定结构响应校验系数。
62.在一些，可选的实施例中，步骤s4具体包括：
63.根据ηs＝ps/as，确定结构动应变响应校验系数ηs；根据ηd＝pd/ad，确定结构动挠度响应校验系数ηd。
64.其中，ps为有效结构动应变响应实测值中的峰值，as为结构动应变响应理论值；pd为有效结构动挠度响应实测值中的峰值，ad为结构动挠度响应理论值。
65.另一方面，本发明还提供一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验装置，包括：实测值获取模块、无效数据剔除模块、理论值获取模块和校验系数获取模块。
66.其中，实测值获取模块用于获取首趟车起点发车时间后第一设定时间段内的结构响应实测值；无效数据剔除模块用于剔除结构相应实测值中的无效数据，得到有效结构响应实测值；理论值获取模块用于根据有限元模型计算单列空载车的结构响应理论值；校验系数计算模块用于根据有效结构响应实测值和结构响应理论值，计算结构响应校验系数。
67.综上所述，本方案利用每天早上的首趟车(相对来说，首趟车乘客最少，可以将首趟车近似理解为空车，空车的重量是明确的)对桥梁进行加载试验，实现每天一次的快速荷载试验，来获取桥梁的校验系数，若校验系数比较平稳，说明桥梁状态比较稳定，未发生劣化。一旦桥梁发生劣化，那么校验系数将会有明显的增大。该方案可在不中断交通的情况下完成荷载试验，对结构状态进行评估。
68.还有一方面，一种计算机设备，包括：所述计算机设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法的步骤。
69.需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和各模块及单元的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
70.上述实施例提供的装置可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图2所示的计算机设备上运行。
71.请参阅图2，图2为本技术实施例提供的一种计算机设备的结构示意性框图。该计算机设备可以为终端。
72.如图2所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口，其中，存储器可以包括非易失性存储介质和内存储器。
73.非易失性存储介质可存储操作系统和计算机程序。该计算机程序包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器执行任意一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法。
74.处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备的运行。
75.内存储器为非易失性存储介质中的计算机程序的运行提供环境，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行任意一种基于首趟车响应的地铁桥梁荷载试验方法。
76.该网络接口用于进行网络通信，如发送分配的任务等。本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
77.应当理解的是，处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
78.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
79.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。