1.一种桥梁健康状态评估的方法,其特征在于,具体步骤包括:
步骤1:采集待评估桥梁的桥梁强度数据、刚度数据和桥梁使用年限,所述强度数据包括桥梁结构所使用的钢筋质量和混凝土质量之比,所述刚度数据包括桥梁所使用钢材以及混凝土的平均弹性模量及平均泊松比;
步骤2:根据桥梁强度数据、刚度数据和桥梁使用年限生成第一评估系数,并将第一评估系数和预设的第一评估阈值相比较,并在第一评估系数小于第一评估阈值时采集桥梁的负荷参数数据及工作环境数据,所述负荷参数数据包括平均每月载荷以及平均每月交通量,所述工作环境数据包括平均每月降雨量、风力数据以及风向数据;
步骤3:根据采集的负荷参数数据,进行无量纲化处理后,建立负荷影响模型,生成负荷影响指数,根据采集的工作环境数据,进行无量纲化处理后,建立环境影响模型,生成环境影响指数;
步骤4:将负荷影响指数、环境影响指数和第一评估系数相结合生成桥梁评估模型,通过层次分析法来生成桥梁评估模型内的权重,利用桥梁评估模型生成桥梁综合评估指数;
步骤5:将桥梁综合评估指数和预设的桥梁评估阈值进行比较,根据比较的结果,生成桥梁的危险程度,将桥梁的健康状态分为三个等级,分别为:低风险,中风险,高风险,对于不同等级,制定相应的预警措施;
将采集的待评估桥梁的负荷参数数据进行无纲化处理,并进行相关性分析,生成负荷影响指数,依据的公式如下:其中,M为待评估桥梁的平均每月载荷,N为待评估桥梁的平均每月交通量,X为负荷影响指数,C2为常数修正系数;
将采集的待评估桥梁的环境影响指数进行无纲化处理,并进行相关性分析,生成环境影响指数,依据的公式如下:其中,α为待评估桥梁的平均每月降雨量,β为风力大小,θ为风向与横向垂直于桥身方向的夹角,Y为环境影响指数,C3为常数修正系数;
将负荷影响指数、环境影响指数和第一评估系数相结合生成桥梁评估模型为:其中,QS为综合评估指数,X为负荷影响指数,Y为环境影响指数,Z为第一评估指数,C4为常数修正系数,δ、ε和∈分别为负荷影响指数、环境影响指数和第一评估系数的权重;
通过层次分析法来生成桥梁评估模型内的权重的具体逻辑为:
将负荷影响指数、环境影响指数和第一评估系数三个指标进行标记,通过九标度法确定两两之间的相对重要性的数值,构造判断矩阵,其中将负荷影响指数标记为1,环境影响指数标记为2,第一评估系数标记为3,构造的判断矩阵为:B=[bij]3×3
其中,i、j表示指标的标记,bij表示指标i对指标j的重要度,且bii=1,对于判断矩阵内部的各个元素进行归一化处理,所述归一化处理的具体公式为:其中,cij为bij归一化处理后的数值;
依据归一化处理后的判断矩阵内部的各个元素值计算各个指标的权重值,所依据的具体公式为:其中,ωi为指标i的权重值;
所述负荷影响指数、环境影响指数和第一评估系数的权重所依据的计算公式为:其中,c1j表示归一化处理后负荷影响指数相对于指标j的重要度,c2j表示归一化处理后环境影响指数相对于指标j的重要度,c3j表示归一化处理后第一评估系数相对于指标j的重要度。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁健康状态评估的方法,其特征在于:采集强度数据所依据的具体逻辑为:获取建造待评估桥梁所使用的总混凝土质量和总钢筋质量,生成桥梁结构所使用的钢筋质量和混凝土质量之比,所依据的公式为:其中,ρ为桥梁强度,Mg为桥梁所使用的总钢筋质量,Mh为桥梁所使用的总混凝土质量;
采集桥梁的刚度数据所依据的具体逻辑为:
其中,σ为桥梁所使用钢材以及混凝土的平均弹性模量,EMg为桥梁所使用钢材种类的平均弹性模量,EMh为梁所使用混凝土种类的平均弹性模量;
其中,τ为待评估桥梁所使用钢材以及混凝土的平均泊松比,PRg为桥梁所使用钢材种类的平均泊松比,PRh为桥梁所使用混凝土种类的平均泊松比。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁健康状态评估方法,其特征在于:根据桥梁强度数据、刚度数据和桥梁使用年限生成第一评估系数所依据的公式如下:其中,为桥梁使用年限,Z为第一评估指数,C1为常数修正系数。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁健康状态评估方法,其特征在于:将桥梁综合评估指数和预设的桥梁评估阈值进行比较,根据比较的结果,生成桥梁的危险程度所依据的逻辑为:当QS≤0.5QY时,判断当前桥梁处于高风险等级,应限制或暂时关闭桥梁的使用,进行紧急维修或加固,并对桥梁进行监测和检查;
当0.5QY
当QS>QY时,判断当前桥梁处于低风险等级,应对桥梁进行定期的监测和检查;
其中,QS为桥梁的综合评估指数,QY为桥梁评估阈值。
5.一种桥梁健康状态评估系统,其特征在于:所述桥梁健康状态评估系统用于执行权利要求1‑4任一项所述的一种桥梁健康状态评估方法,包括:数据采集模块,用于采集待评估桥梁的桥梁强度数据、刚度数据和桥梁使用年限,所述强度数据包括桥梁结构所使用的钢筋质量和混凝土质量之比,所述刚度数据包括桥梁所使用钢材以及混凝土的平均弹性模量及平均泊松比;
预处理模块,根据桥梁强度数据、刚度数据和桥梁使用年限生成第一评估系数,并将第一评估系数和预设的第一评估阈值相比较,并在第一评估系数小于第一评估阈值时采集桥梁的负荷参数数据及工作环境数据,所述负荷参数数据包括平均每月载荷以及平均每月交通量,所述工作环境数据包括平均每月降雨量、风力数据以及风向数据;
影响模块,用于根据采集的负荷参数数据,进行无量纲化处理后,建立负荷影响模型,生成负荷影响指数,根据采集的工作环境数据,进行无量纲化处理后,建立环境影响模型,生成环境影响指数;
综合评估指数生成模块,用于将负荷影响指数、环境影响指数和第一评估系数相结合生成桥梁评估模型,通过层次分析法来生成桥梁评估模型内的权重,利用桥梁评估模型生成桥梁综合评估指数;
风险等级划分模块,用于将桥梁综合评估指数和预设的桥梁评估阈值进行比较,根据比较的结果,生成桥梁的危险程度,并将桥梁的健康状态分为三个等级,分别为:低风险,中风险,高风险,对于不同等级,制定相应的预警措施。