用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统及方法

本公开涉及桥梁结构健康监测，具体涉及用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、桥梁作为基础设施领域的重要组成部分，常常面临来自外部环境、车辆荷载、风荷载、地震等多种因素的影响，同时还要应对内部工作性能逐渐衰退的问题，这些因素共同导致桥梁结构的使用性能的逐步降低。为了充分把握桥梁结构的变化趋势和性能状态，目前普遍采用桥梁结构健康监控系统来进行实时监测。

3、然而，发明人发现，当前的挑战在于，桥梁健康监测所需的传感器类型繁多，传感器的布设数量和位置通常是基于经验或者简单的力学计算来决定的，这往往会导致潜在的传感器冗余和监测位置的选择不当。这些问题进一步导致数据传输和数据分析的复杂性，增加监测工作量以及成本。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统及方法，优化加载监测系统的布局和数据处理流程，通过寻找关键影响因素，保留关键信息的同时减少冗余数据，更准确地捕捉桥梁结构的重要变化，进一步确保桥梁在高负荷运行环境下的可靠性和安全性。

2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

3、用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统，包括水量和水循环电控模块、温湿度控制模块、电控千斤顶模块、环绕式风机模块以及模拟行车荷载的电动轮载模块；各个模块由电控模块统一供电且各个模块之间通过串口通信连接；

4、通过所述水量和水循环电控模块控制室内模型基础冲刷的电控水量以及水循环、温湿度控制模块对环境温湿度进行调整、电控千斤顶模块控制桥梁位移和转角改变、环绕式风机模块对环境风速风向的调整以及电动轮载模块对行车荷载的调整来对斜拉索状态进行不同变量的主动干扰，获取斜拉索不同状态下的监测数据，根据所述监测数据确定斜拉索的服役性能，并确定影响斜拉桥服役状态的关键影响因子。

5、进一步的，所述水量和水循环电控模块包括管道本体、可开关的放水口、可开关的注水口、水管、储水桶、过滤网以及流量控制机构，所述过滤网用于过滤基础冲刷时被刷下的杂质，所述可开关的放水口、可开关的注水口、水管以及储水桶用于管道的注水和放水，实现水量的初步控制，所述流量控制机构包括吸水器和射水器，用于根本需要进一步控制水的流量和流速。

6、进一步的，所述温湿度控制模块包括空调和增湿除湿器，用于调整环境的温湿度；所述电控千斤顶模块包括电控千斤顶，所述环绕式风机模块包括360°排风口，所述电动轮载模块包括小车本体、牵引绳以及可调速度的牵引机构。

7、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

8、用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，包括：

9、构建室内斜拉桥缩尺模型，将斜拉桥缩尺模型划分三个区块；

10、选择合适的传感器，设置合适的监测点，用于获取斜拉桥缩尺模型的监测数据；

11、设计对缩尺模型的试验方法，利用如权利要求1-3任一项所述的加载系统改变斜拉桥缩尺模型的状态，施加不同的车辆荷载和风荷载，控制不同的变量，获取不同状态下传感器的监测数据，确定反应斜拉索服役性能状态的影响因子、主梁服役性能状态的影响因子以及索塔服役性能状态的影响因子。

12、进一步的，构建室内斜拉桥缩尺模型，包括：

13、对原始斜拉桥尺寸以及物理特性进行采集，确定缩尺模型的尺寸和比例；

14、确定缩尺模型与原始斜拉桥的相似关系；

15、根据需要的材料性能，选择合适的材料制作缩尺模型。

16、进一步的，将斜拉桥缩尺模型划分三个区块，包括斜拉索、主梁和索塔。

17、进一步的，选择合适的传感器，设置合适的监测点，用于获取斜拉桥缩尺模型的监测数据，包括：

18、根据试验目的和现有需求确定传感器监测内容，确定各类传感器的功能并对应于监测内容，确定所需传感器的型号；

19、依据相关规范和现有条件具体确定传感器的型号以及安装位置并安装传感器获取监测数据。

20、进一步的，确定反应斜拉索服役性能状态的影响因子的方法包括：

21、通过加载系统对斜拉索状态主动干扰，包括改变斜拉索的锚固状态、断丝状态以及温度湿度，施加不同的车辆荷载和风荷载；

22、获取全部传感器的监测数据，根据传感器监测的索力、风速风向、振动、温湿度、断丝、锚固状态数据，采用专家打分法确定斜拉索的服役性能输出指标值；

23、采用长短时记忆网络预测服役性能，以不同的监测内容数据作为输入，得到不同的预测精度，将输出预测值与指标值进行比较确定预测精度，若通过某几项输入得到的预测精度达到90％以上，则确定这几项参数为关键因子。

24、进一步的，确定反应主梁服役性能状态的影响因子的方法包括：

25、控制变量，通过加载系统逐个改变监测内容，即应变、振动、关键截面裂缝、横竖向位移、梁端纵向位移、梁端转角、温湿度、支座反力以及支座位移的状态；

26、获取并分析数据，找出每次试验中变化明显的监测数据；

27、计算多次试验中各项监测数据明显变化的次数，若大多数监测内容的改变，均能引起某几个监测内容的明显改变，则确定这几个监测内容为关键因子。

28、进一步的，确定反应索塔服役性能状态的影响因子的方法为：

29、控制变量，通过加载系统逐个改变监测内容，即关键截面应变、振动、风速风向、偏位、倾角以及基础冲刷的状态；

30、获取并分析数据，找出每次试验中变化明显的监测数据；

31、计算多次试验中各项监测数据明显变化的次数，若大多数监测内容的改变，均能引起某几个监测内容的明显改变，则确定这几个监测内容为关键因子。

32、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

33、本公开通过控制变量和动态交互影响分析等手段，开展桥梁性能状态关键因子辨识技术研究，建立桥梁服役状态与关键因子的关系模型，形成覆盖桥梁建设、管理、养护、运维全生命周期的可监测、可解析、可预测、可控制的关键因子数据库。

34、本公开为物理实体性能状态智能辨识提供理论支撑，优化检监测设备的布设方案，降低监测成本。

35、本公开虽以斜拉桥为基础展开，但可推广应用于其它桥型，甚至能够将本套思路推广应用于其它交通基础设施，如道路路基路面、隧道等。

技术特征：

1.用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统，其特征在于，包括水量和水循环电控模块、温湿度控制模块、电控千斤顶模块、环绕式风机模块以及模拟行车荷载的电动轮载模块；各个模块由电控模块统一供电且各个模块之间通过串口通信连接；

2.如权利要求1所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统，其特征在于，所述水量和水循环电控模块包括管道本体、可开关的放水口、可开关的注水口、水管、储水桶、过滤网以及流量控制机构，所述过滤网用于过滤基础冲刷时被刷下的杂质，所述可开关的放水口、可开关的注水口、水管以及储水桶用于管道的注水和放水，实现水量的初步控制，所述流量控制机构包括吸水器和射水器，用于根本需要进一步控制水的流量和流速。

3.如权利要求1所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统，其特征在于，所述温湿度控制模块包括空调和增湿除湿器，用于调整环境的温湿度；所述电控千斤顶模块包括电控千斤顶，所述环绕式风机模块包括360°排风口，所述电动轮载模块包括小车本体、牵引绳以及可调速度的牵引机构。

4.用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，构建室内斜拉桥缩尺模型，包括：

6.如权利要求4所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，将斜拉桥缩尺模型划分三个区块，包括斜拉索、主梁和索塔。

7.如权利要求4所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，选择合适的传感器，设置合适的监测点，用于获取斜拉桥缩尺模型的监测数据，包括：

8.如权利要求4所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，确定反应斜拉索服役性能状态的影响因子的方法包括：

9.如权利要求4所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，确定反应主梁服役性能状态的影响因子的方法包括：

10.如权利要求4所述的用于确定斜拉桥服役状态影响因子的方法，其特征在于，确定反应索塔服役性能状态的影响因子的方法为：

技术总结
本公开提供了用于确定斜拉桥服役状态影响因子的室内模型加载系统及方法，涉及桥梁结构健康监测技术领域，利用电控加载系统室内桥梁模型进行加载，将斜拉桥划分为三个区块，分别确定每个区块的关键因子；作斜拉桥整体缩尺模型，或分别制作三个区块；设计模型试验，选择合适的传感器，依据规范将传感器安装于合适位置，并获取相关监测数据；基于模型试验确定反应斜拉索服、主梁以及反应索塔服役性能状态的影响因子；将确定的关键因子应用于实际桥梁。

技术研发人员：王小超,赵涛,吴建清,田源,杜聪,张紫豪,张峰,高磊
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29