【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁工程自动化监测数据处理，具体涉及一种基于温度正交空间的结构温度效应分离方法。
技术介绍
1、日照及环境影响造成桥梁结构内部温度场周期性变化，导致桥梁结构构件的无应力长度及无应力曲率发生相应变化，从而产生结构应力与变形，例如主梁挠度、塔顶偏位、支座位移、构件内力变化等。从时间尺度而言，环境温度的周期性主要包括强风暴雨等短时变化、昼夜变化和季节变化；从空间尺度而言，桥梁结构不同构件因材料、构造、方位、遮挡关系等因素不同导致温度变化不同步，产生截面局部效应与结构整体效应；从施工期至运营期结构体系发生变化，温度变化产生的结构效应不同。温度监测及结构温度效应分析的目的是评估结构在温度作用下的安全性，以及分离其他结构响应参数监测数据中的温度效应，作为结构进一步分析评估的基础。
2、桥梁的成桥状态与施工过程状态受到结构变化温度场的作用，各状态的评估离不开结构温度特征与温度效应的研究，研究方法包括有限元计算、温度场监测与数据分析。根据监测得到的各构件的温度可以计算得到结构温度响应，但需要较多的监测断面与测点以便反映结构温度场的变化规律。对温度场监测与结构响应监测数据进行数据分析，分离出结构温度效应，是目前常用的方法。
3、移动平均法、小波变换、经验模态分解法等多种数据处理方法被用于研究结构静动力响应的温度效应，从而进行温度效应的分离与预测。以上常用的温度效应分离方法都是针对结构响应信号r本身的纯数值处理方法，而不是从结构温度变化导致结构温度响应这一因果关系着手的，因而不便于从数据分析中加强对结构温度效应
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，能够解决现有技术中温度效应分离方法都是针对结构响应信号r本身的纯数值处理方法，而不是从结构温度变化导致结构温度响应这一因果关系着手的，导致不便于从数据分析中加强对结构温度效应理解的问题。
2、为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、本专利技术提供一种基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，包括以下步骤：
4、将每个测点每天温度数据采用三次样条函数方式进行表达；
5、基于各个测点的三次样条函数，构建温度正交空间；
6、基于温度正交空间，提取整体结构响应信号中的温度效应分量；
7、根据整体结构响应和温度效应分量，确定活载作用的结构响应分量。
8、在一些可选的方案中，所述的将每个测点每天温度数据采用三次样条函数方式进行表达，包括：
9、采集各个测点的温度数据；
10、将各个测点的日温度数据通过三次多项式拟合，得到各个测点的三次多项式拟合的均方根误差；
11、根据每一日温度曲线的均方根误差，确定三次样条函数的节点；基于所确定的三次样条函数节点进行拟合，得到三次样条函数系数。
12、在一些可选的方案中，在将各个测点的温度数据通过三次多项式拟合，得到各个测点的日温度曲线时，将时间表示为实数形式，将0-24时转化为[0,1]的区间。
13、在一些可选的方案中，所述的基于各个测点的三次样条函数，构建温度正交空间，包括：
14、根据整体结构响应测点的采样率，利用温度测点的三次样条函数，重新生成与结构响应测点相同采样率的结构温度数据；
15、基于各温度测点重新生成的结构温度数据，采用schimidt方法或者奇异值分解方法构建温度正交空间。
16、在一些可选的方案中，若采用schimidt方法构建温度正交空间，则构建的温度正交空间为：
17、
18、
19、其中，ti为第i个测点采样点对应的向量，为ti变换后的正交向量，i＝1…q，q为温度测点个数，j为向量序号。
20、在一些可选的方案中，若采用奇异值分解方法构建温度正交空间，则构建的温度正交空间为：v为与特征值相对应的特征向量矩阵，q为温度测点个数，n为温度测点重新生成的结构温度数据的总长度。
21、在一些可选的方案中，所述的基于温度正交空间，提取整体结构响应信号中的温度效应分量，包括：
22、将整体结构响应中的单变量在温度正交空间中分解；
23、根据整体结构响应中各单变量在各基向量上的分解系数，得到整体结构响应在正交温度空间中的温度效应分量。
24、在一些可选的方案中，根据公式确定整体结构响应中第j个测点结构响应在温度正交空间对应基向量上的投影系数kji，其中，为的转置，rj为整体结构响应中第j个测点结构响应，ε为余量。
25、在一些可选的方案中，根据公式确定整体结构响应在正交温度空间中的温度效应分量其中，(kp×q)′为kp×q的转置，结构响应向量的分解系数q为温度测点个数，(rn×p)为整体结构响应，p为结构响应测点个数，n为温度测点重新生成的结构温度数据的总长度。
26、另一方面，本专利技术还提供一种基于温度正交空间的结构温度效应分离装置，包括：
27、三次样条表达模块，其用于将每个测点每天温度数据采用三次样条函数方式进行表达；
28、正交空间建立模块，其用于基于各个测点的三次样条函数，构建温度正交空间；
29、温度效应提取模块，其用于基于温度正交空间，提取整体结构响应信号中的温度效应分量；
30、活载响应分离模块，其用于根据整体结构响应和温度效应分量，确定活载作用的结构响应分量。
31、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本方案通过将每个测点每天温度数据采用三次样条函数方式进行表达；基于各个测点的三次样条函数，构建温度正交空间；基于温度正交空间，提取整体结构响应信号中的温度效应分量；根据整体结构响应和温度效应分量，确定活载作用的结构响应分量。本方案基于温度导致结构响应这一因果关系，采用结构温度监测数据用于分离结构响应监测结果中的温度效应成分，物理概念清晰；基于统一的温度正交空间分解全桥所有的结构响应向量，便于数据处理的标准化。另外，采用温度正交空间分解结构温度效应方法对于静态监测数据的标准化处理是有益的，体现在仅采用一个温度正交空间即能分解当天所有的结构温度效应，而需要存储的分解系数相对于结构响应数据是很少的。剔除温度效应之后的信号由风、运营活载等因素引起，就大多数公路桥梁而言，对结构损伤影响较大的重载车辆占总车流量的比例并不高，因此需要处理的数据量比原始信号少很多。
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1.一种基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，所述的将每个测点每天温度数据采用三次样条函数方式进行表达，包括：
3.如权利要求2所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，在将各个测点的温度数据通过三次多项式拟合，得到各个测点的日温度曲线时，将时间表示为实数形式，将0-24时转化为[0,1]的区间。
4.如权利要求2所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，所述的基于各个测点的三次样条函数，构建温度正交空间，包括：
5.如权利要求4所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，若采用Schimidt方法构建温度正交空间，则构建的温度正交空间为：
6.如权利要求4所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，若采用奇异值分解方法构建温度正交空间，则构建的温度正交空间为：v为与特征值相对应的特征向量矩阵，q为温度测点个数，n为温度测点重新生成的结构温度数据的总长度。p>
7.如权利要求5或6所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于：所述的基于温度正交空间，提取整体结构响应信号中的温度效应分量，包括：
8.如权利要求7所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，根据公式确定整体结构响应中第j个测点结构响应Rj在温度正交空间对应基向量上的投影系数kji，其中，为的转置，Rj为整体结构响应中第j个测点结构响应，ε为余量。
9.如权利要求8所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，根据公式确定整体结构响应在正交温度空间中的温度效应分量其中，(Kp×q)′为Kp×q的转置，结构响应向量的分解系数q为温度测点个数，(Rn×p)为整体结构响应，p为结构响应测点个数，n为温度测点重新生成的结构温度数据的总长度。
10.一种基于温度正交空间的结构温度效应分离装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，所述的将每个测点每天温度数据采用三次样条函数方式进行表达，包括：
3.如权利要求2所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，在将各个测点的温度数据通过三次多项式拟合，得到各个测点的日温度曲线时，将时间表示为实数形式，将0-24时转化为[0,1]的区间。
4.如权利要求2所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，所述的基于各个测点的三次样条函数，构建温度正交空间，包括：
5.如权利要求4所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，若采用schimidt方法构建温度正交空间，则构建的温度正交空间为：
6.如权利要求4所述的基于温度正交空间的结构温度效应分离方法，其特征在于，若采用奇异值分解方法构建温度正交空间，则构建的温度正交空间为：v...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅秀道，余斌，喻越，史晶，王波，叶仲韬，胡俊亮，裴大军，
申请(专利权)人：中铁大桥科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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