基于驗證荷載和監(jiān)測數(shù)據(jù)的橋梁可靠性修正與貝葉斯預測.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是土木工程領域的當前熱點研究方向，健康監(jiān)測領域經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是傳感器的安裝以及數(shù)據(jù)的采集，此階段現(xiàn)在已處于成熟階段；第二階段是健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理利用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在長期的運營中，積累了海量的數(shù)據(jù)，如何有效地分析這些數(shù)據(jù)，為橋梁結(jié)構(gòu)的性能評估與預測提供科學依據(jù)，是健康監(jiān)測領域的關鍵問題之一，也是當前迫切需要解決的問題之一。本文以貝葉斯修正和預測理論為基礎，基于橋梁結(jié)構(gòu)的驗證荷載試驗和健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件及

2、體系可靠性的修正與預測進行了系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容包括：
　　(1)研究了基于驗證荷載信息和抗力退化模型的橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠性修正方法。結(jié)合確定性與隨機性的荷載歷史信息，考慮結(jié)構(gòu)抗力的退化模型，采用截尾分布法和Bayes方法，得到了驗證荷載信息以及抗力退化模型對橋梁構(gòu)件可靠性的影響規(guī)律。
　　(2)提出了基于貝葉斯動態(tài)線性模型的橋梁構(gòu)件可靠性預測方法。采用健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別針對一次多項式回歸模型、AR(1)模型和ARMA(1,1

3、)模型，建立了相應的貝葉斯動態(tài)線性模型，研究了模型監(jiān)控機制。考慮貝葉斯動態(tài)線性模型的多樣性，建立了監(jiān)測數(shù)據(jù)的混合貝葉斯動態(tài)線性模型；基于所建立的單一及混合貝葉斯動態(tài)線性模型，采用一次二階矩方法，對橋梁構(gòu)件可靠性進行了預測分析。
　　(3)提出了基于貝葉斯動態(tài)非線性模型的橋梁構(gòu)件可靠性預測方法。采用健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別詳細建立了基于二次多項式函數(shù)和三次多項式函數(shù)的貝葉斯動態(tài)非線性模型，并提出了兩種近似處理貝葉斯動態(tài)非線性模型的方法：其

4、一，通過泰勒級數(shù)展開技術(shù)，將貝葉斯動態(tài)非線性模型近似轉(zhuǎn)化為貝葉斯動態(tài)線性模型，并建立了相對應的模型監(jiān)控機制；其二，直接通過馬爾科夫鏈蒙特卡洛模擬(MCMC)實現(xiàn)?；谒⒌呢惾~斯動態(tài)非線性模型，結(jié)合一次二階矩方法，對橋梁構(gòu)件可靠性進行了預測分析。
　　(4)提出了基于混合高斯粒子濾波器的橋梁構(gòu)件可靠性在線實時預測方法。建立了基于健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)模型，引入混合高斯粒子濾波器，基于粒子濾波方法和動態(tài)模型，對狀態(tài)變量的分布參數(shù)和監(jiān)測

5、值的一步向前預測分布參數(shù)進行了預測。提出了混合高斯粒子濾波方法重采樣技術(shù)，解決了粒子模擬退化的問題。結(jié)合一次二階矩方法，對橋梁構(gòu)件可靠性進行了預測分析。
　　(5)研究了基于驗證荷載效應和健康監(jiān)測信息的橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠性在線實時預測方法。采用 MIDAS軟件模擬構(gòu)件驗證荷載效應，通過構(gòu)件驗證荷載效應修正構(gòu)件的應力限值（廣義抗力）分布，建立了基于健康監(jiān)測數(shù)據(jù)（荷載效應）的混合高斯粒子濾波器，基于修正的應力限值分布和荷載效應的混合高斯