基于气象大数据的大跨桥梁温度效应预测方法

摘要

为了提高结构健康监测的经济性，扩大其应用范围，提出了一种基于气象站大数据信息的大跨度桥梁结构温度场预测方法，从而实现轻量化和可持续性的桥梁温度场及温度变形计算.以某大跨钢拱桁架桥为研究对象，通过气象数据平台获取气象站大数据信息（包括天气、气温和风速信息），利用Elbadry等改进的凯尔别克辐射模型计算桥梁关键构件各表面受到的辐射强度，基于热交换传递理论计算结构热分析边界条件，结合有限元分析方法进行结构瞬态热分析，从而获得目标桥梁关键构件的时变温度场.温度场的计算结果与桥梁上实测温度在时间历程和结构竖向分布上均吻合良好，平均误差在3%以内.将计算得到的结构温度施加到桥梁结构整体有限元模型上，得到桥梁结构的温度变形，桥梁支座纵向位移的计算值与实测值吻合良好，平均误差在13 mm以内.验证了所提出的基于气象站大数据的桥梁结构温度场预测方法是可行的，利用该方法可进一步得到桥梁结构的温度变形.

关键词

结构健康监测 / 温度场计算 / 数值模拟 / 大跨桥梁 / 气象大数据 / 温度变形

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52278306）; 湖南省重点研发计划项目（2022SK2096）; 湖南省水利厅水利科技项目（XSKJ2023059-31）