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申请/专利权人：中交三航(南通)海洋工程有限公司

摘要：本发明提供钢结构的安全监测方法和监测装置，涉及钢结构安全监测技术领域，具体为一种钢结构安全监测方法，本发明首先标定并获取关键节点的应变、应力、位移在内的结构响应数据，以及通过线性极化电阻法测试得到的腐蚀速率数据，对这些数据进行预处理和反向处理以生成安全指数，并实时采集温度、降雨量和风速等环境数据，输入至基于多元线性回归模型构建安全监测模型进行训练；定期采集并输入新的数据至训练好的模型中以输出各个关键节点的安全指数；最后，结合各关键节点的安全指数综合生成整体钢结构的安全评估指数，与安全阈值比较，综合判断钢结构的当前安全状况。

主权项：1.钢结构的安全监测方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1：将钢结构的主梁端点、连接节点以及梁和柱的中部位置标定为关键节点，获取每个关键节点的结构响应数据，所述结构响应数据包括钢结构的应变数据、应力数据和位移数据；步骤2：对钢结构的关键节点进行线性极化电阻法测试，根据测试的结果获取每个关键节点的腐蚀速率数据；步骤3：对钢结构每个关键节点的结构响应数据和腐蚀速率数据进行预处理和反向处理，生成每个关键节点的安全指数；步骤4：实时采集钢结构所处位置的环境数据，所述环境数据包括温度、降雨量和风速，基于多元线性回归模型构建钢结构的安全监测模型，并将钢结构的每个关键节点的结构响应数据、腐蚀速率数据和环境数据作为训练集，对应关键节点的安全指数作为标签，对安全监测模型进行训练；步骤5：定期采集钢结构各个关键节点的环境数据、结构响应数据和腐蚀速率数据，并输入至训练完毕的安全监测模型中，输出钢结构各个关键节点的安全指数；步骤6：依据每个关键节点的类型，结合各个关键节点的安全指数，综合生成待监测钢结构的安全评估指数，对钢结构的安全评估指数进行分析，并与安全阈值比较，综合判断当前钢结构的安全状况；通过光纤布拉格光栅传感器测量光纤中波长的变化来检测应变，当特定波长的光在光纤中传播时，遇到布拉格光栅会被反射，该反射波长成为布拉格波长，当光纤受到应力变化时，布拉格波长会发生偏移，通过测量这一偏移量，可以确定钢结构的应变数据和应力数据；获取钢结构的应变数据所依据的具体公式为： 其中，εi为钢结构第i个关键节点的应变，单位为M，为钢结构第i个关键节点的布拉格波长的变化量，单位为nm，为钢结构第i个关键节点的初始布拉格波长，Kε为应变灵敏系数；获取钢结构的应力数据所依据的具体公式为：σi＝E·εi其中，σi为钢结构第i个关键节点的应力，单位为N，E为钢材的弹性模量，单位为GPa；获取位移数据所依据的具体公式为：xi＝εi·Li其中，xi为钢结构第i个关键节点处该段钢结构的位移，Li为第i个关键节点所在位置的钢结构原始长度，单位为M；线性极化电阻法通过对金属电极施加一个小的电位偏移并测量相应的电流响应，通过分析电位与电流之间的关系，可以确定极化电阻，进而计算腐蚀速率；将电位偏移与对应的电流响应绘制成极化曲线，通过极化曲线的斜率计算极化电阻所依据的具体公式为： 其中，为钢结构的第i个关键节点极化电阻，△Ei是对钢结构的第i个关键节点施加的电位偏移，△Ii是对应第i个关键节点的电流变化；计算腐蚀电流密度所依据的具体公式为： 其中，为钢结构第i个关键节点的腐蚀电流密度，单位为μAcm2,B为Stern-Geary常数，单位为V，为钢结构的第i个关键节点极化电阻，单位为Ω·cm2；将腐蚀电流密度转换为腐蚀速率，获取腐蚀速率所依据的具体公式为： 其中，CRi为钢结构第i个关键节点的腐蚀速率，单位为mmyear，K为转换因子，单位为μAcm2,EW为金属的当量重量，ρ为金属的密度，单位为gcm2；对获取的钢结构的应变数据、应力数据、位移数据和腐蚀速率数据进行最大值归一化处理，缩放至[0,1]范围内，再反向处理计算每个数据的单项安全指数，获取各单项安全指数所依据的公式为： 其中，单项安全指数分别表示预处理后的第i个关键节点的应变数据、应力数据、位移数据和腐蚀速率数据，取值范围为0,1，值越大表示安全性越高；获取关键节点的安全指数所依据的具体公式为： 其中，yi为第i个关键节点的安全指数，we、ws、wd、wv分别为应变数据、应力数据、位移数据和腐蚀速率数据的权重，且we+ws+wd+wv＝1；获取钢结构的结构响应数据、腐蚀速率数据时同步采集钢结构所处位置的温度、降雨量和风速，生成样本训练集，通过样本训练集构建钢结构安全监测模型的特征矩阵，特征矩阵的每一行为各关键节点的同一时刻的结构响应数据、腐蚀速率和环境数据，特征矩阵的每一列为一个特征值，标定特征矩阵为X，对应的目标向量Yi为同一时刻第i个关键节点的安全指数，并使用最小二乘法来估计回归系数b。

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