1.一种高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤10):在桥梁主梁的支座上安装纵向位移监测传感器,对支座纵向位移进行监测,并采集纵向位移监测数据,其中,第t时刻支座纵向位移值记为v(t),t表示时间,且t=1/f、
2/f、…、L/f,f表示采样频率,L表示采样总数,L=86400df,d表示采样天数;
步骤20):利用小波包分解法提取纵向位移监测数据中的纵向动位移值;
步骤30):对所述纵向动位移值作一阶差分处理,并取绝对值累加,得到纵向动位移累积值;
步骤40):将每天的纵向动位移累积值划分为两类,构建第一纵向动位移累积值序列和第二纵向动位移累积值序列;
步骤50):将两类纵向动位移累积值视为随机变量,并确定纵向动位移累积值威布尔分布函数;
步骤60):利用蒙特卡洛抽样方法确定支座在设计使用寿命内的支座累积行程模拟值;
步骤70):将支座累积行程模拟值视为随机变量,并确定支座累积行程模拟值的广义极值分布函数;
步骤80):计算支座累积行程模拟值超过支座磨损上限值的失效概率,比较失效概率与预设概率阈值,如果失效概率大于或等于预设概率阈值,则支座达到磨损上限,更换支座。
2.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤20)包括:利用小波包分解技术,对支座纵向位移监测数据进行8层尺度的小波包分解,得到32个小波包分解系数,剔除第一个小波包分解系数后,对剩余小波包分解系数重构并叠加,得到支座纵向动位移值。
3.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤30)具体包括:将每天凌晨0时至6时的纵向动位移监测数据划分为n1份,其中第i天中第j份纵向动位移监测数据采用vi,j表示,其中i=1、2、…、d,j=1、2、…、n1,对每份纵向动位移值vi,j作一阶差分处理,并取绝对值累加,得到第i天中第j份纵向动位移监测数据的动位移累积值Ci,j,如式(1)所示:式中,Ni,j表示第i天中第j份纵向动位移监测数据中的数据总数,vi,j,p+1表示第i天中第j份纵向动位移监测数据中的第p+1个值,vi,j,p表示第i天中第j份纵向动位移监测数据中的第p个值;
将每天凌晨6时至夜晚24时的纵向动位移监测数据划分为n2份,其中第m天中第n份纵向动位移监测数据采用vm,n表示,其中m=1、2、…、d,n=1、2、…、n2,对每份纵向动位移值vm,n作一阶差分处理,并取绝对值累加,得到第m天中第n份纵向动位移监测数据的动位移累积值Dm,n,如式(2)所示:式中,Nm,n表示第m天中第n份纵向动位移监测数据中的数据总数,vm,n,q+1表示第m天中第n份纵向动位移监测数据中的第q+1个值,vm,n,q表示第m天中第n份纵向动位移监测数据中的第q个值。
4.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤40)具体包括:将所有天数在每天凌晨0时至6时的纵向动位移累积值组合构成第一纵向动位移累积值序列C,C=[C1,1、C1,2、…、C1,n1、C2,1、C2,2、…、C2,n1、…、Cd,1、Cd,2、…、Cd,n1];
将所有天数在每天凌晨6时至24时的纵向动位移累积值组合构成第二纵向动位移累积值序列D,D=[D1,1、D1,2、…、D1,n2、D2,1、D2,2、…、D2,n2、…、Dd,1、Dd,2、…、Dd,n2]。
5.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤50)具体包括:将第一纵向动位移累积值序列C中的纵向动位移累积值视为统计变量,利用统计学方法计算统计变量的概率密度值,再利用威布尔分布函数对统计变量概率密度值进行拟合,得到威布尔分布函数的第一形状参数k1和第一比例参数λ1的拟合值,从而确定第一纵向动位移累积值序列中纵向动位移累积值的威布尔分布函数,如式(3)所示:式中,g(C)表示第一纵向动位移累积值序列中纵向动位移累积值的威布尔分布函数,k1表示威布尔分布函数的第一形状参数,λ1表示威布尔分布函数的第一比例参数,e表示指数函数的底,e=2.71828;
将第二纵向动位移累积值序列D中的纵向动位移累积值视为统计变量,利用统计学方法计算统计变量概率密度值,再利用威布尔分布函数对统计变量概率密度值进行拟合,得到威布尔分布函数的第二形状参数k2和第二比例参数λ2的拟合值,从而确定第二纵向动位移累积值序列中纵向动位移累积值的威布尔分布函数,如式(4)所示:式中,g(D)表示第二纵向动位移累积值序列D中纵向动位移累积值的威布尔分布函数,k2表示威布尔分布函数的第二形状参数,λ2表示威布尔分布的第二比例参数。
6.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤60)具体包括:设支座的设计使用寿命为R年,利用第一纵向动位移累积值序列中纵向动位移累积值的威布尔分布函数g(C)对支座在R年内每天凌晨0时至6时的所有纵向动位移累积值进行蒙特卡洛抽样模拟,模拟总数NC=365Rn1;利用第二纵向动位移累积值序列中纵向动位移累积值的威布尔分布函数g(D)对支座在R年内每天凌晨6时至24时的所有纵向动位移累积值进行蒙特卡洛抽样模拟,模拟总数ND=365Rn2;
在R年内共得到31536000Rf个模拟的纵向动位移累积值,即NC+ND=31536000Rf,将
31536000Rf个纵向动位移累积模拟值进行求和,得到支座在设计使用寿命内的累积行程模拟值。
7.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤70)具体包括:将步骤50)和步骤60)重复操作100次,得到100个累积行程模拟值,将累积行程模拟值视为统计变量,并采用H表示;利用统计学方法计算所述100个累积行程模拟值的广义极值分布值,利用广义极值分布函数对累积行程模拟值广义极值分布值进行拟合,得到广义极值分布函数的形状参数r3、比例参数a3和位置参数b3的拟合值,从而确定支座累积行程模拟值广义极值分布函数,如式(5)所示:式中,t(H)表示累积行程模拟值的广义极值分布函数,r3表示广义极值分布函数的形状参数,a3表示广义极值分布函数的比例参数,b3表示广义极值分布函数的位置参数。
8.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤80)具体包括:设支座磨损上限值为[H],利用式(6)计算支座累积行程模拟值超过支座磨损上限值的失效概率β:其中,d表示采样天数;
若β大于或等于预设概率阈值,则认为支座已经达到磨损上限,需要及时更换。
9.按照权利要求8所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述预设概率阈值为5%。
10.按照权利要求1所述的高速铁路桥梁支座在设计使用寿命内累积磨损的评估方法,其特征在于,所述步骤10)中,采样频率f≥1Hz,采样天数d≥1;所述步骤20)中,n1的取值在
30~360之间,n2的取值在90~1080之间。