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基于时间序列分析的桥梁结构安全评价研究
| 论文题名： | 基于时间序列分析的桥梁结构安全评价研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;安全评价;时间序列分析;灰色时序组合预测模型;ARMA控制图 |
| 摘要： | 桥梁结构在长期运营中，由于受到各种不确定因素的影响，结构超限、超期服役、疲劳、腐蚀等危害性事件，必将导致桥梁结构出现严重安全隐患，并可能由此带来巨大的生命财产损失。这就要求安全评估系统能及时发现损伤并给出损伤预警提示。然而，作为桥梁健康监测系统核心的安全评价，依然采用基于精确的结构模型的安全方法。事实上，结构在长期服役中其结构参数不断发生变化，为此建立精确结构模型的安全评价方法不能取得令人满意的结果。 鉴于桥梁健康监测系统采集了海量包含反应结构损伤特征信息的时序数据，可从中挖掘出反应结构系统性能的演变规律。这种基于时序分析的方法既能够克服了建立精确结构模型的困难，又具有通用性，但它仍处于研究初期，对其进行深入研究极具现实意义。 基于此，本文从时间序列分析的角度出发，对桥梁结构安全评价方法进行了探索和研究。主要研究内容包括以下几个方面: (1)研究桥梁结构安全评价的重要性、归纳总结现有桥梁结构安全评价方法，并分析其中的不足。突出基于时序分析法的重要性。 (2)将时序分析法、灰色预测模型引入到桥梁监测数据分析中，提出基于灰色时序组合模型(ARMA-GM)算法的数据处理方法在桥梁监测数据中的应用;并以实际桥梁监测数据为例，通过有效预测桥梁结构未来状态趋势，证明了ARMA-GM模型在桥梁未来状态趋势预测中的可行性。 (3)提出一种基于ARMA控制图的桥梁结构安全评价方法，该方法考虑了桥梁结构的实际情况，将控制图的控制限与桥梁结构可靠度指标相结合，设置了初级预警限和安全告警限，通过观测统计量在二级控制限内外的分布情况来判断桥梁结构的安全情况。这使得控制图的控制限与桥梁结构的安全设计规范紧密相连。 (4)以重庆马桑溪长江大桥监测数据为实例，针对本文提出的灰色时序组合预测模型和基于ARMA控制图的安全评价方法进行了实际应用。 结果表明:时序模型和灰色模型能够对桥梁健康监测系统中的监测数据进行有效处理，对桥梁结构状态参数预报精度较高，在预测步长相同情况下，本文提出的灰色时序组合模型的预报精度比单一时序模型、灰色模型更高，能够对桥梁结构趋势进行中长期预报，提前给出预警提示;基于ARMA控制图的安全评价方法，所确定的安全评价指标可有效识别结构损伤，克服了虚发报警和漏发报警的缺陷。 |
| 作者： | 杨园 |
| 专业： | 计算机科学与技术;计算机应用技术 |
| 导师： | 梁宗保 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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