(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210599225.8 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 东南大学 地址 210000 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 申请人 南京城市 建设管理集团有限公司 　 南京市城市 建设投资控股(集团)有 限责任公司 (72)发明人 宋晓东　熊文　李月明　陈政　 张大牛　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 罗运红 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性 能评估方法 (57)摘要 发明公开了一种基于数字孪生的斜拉桥钢 箱梁疲劳性能评估方法， 具体如下： 在桥梁上安 装监测与传输设备， 根据清洗后的动态监测数据 构建斜拉桥结构的物理信息模型库； 基于空间离 散化方法建立斜拉桥的数字化模 型， 并在桥梁监 测位置布设孪生点位； 根据物理信息模型的监测 数据对斜拉桥关键结构特性进行分析， 获得特征 值的概率区间分布； 基于物理信息模 型的特征值 对数字化模 型进行参数控制调整， 实现数值孪生 模型的构建； 最后融合物理信息模 型和数值孪生 模型对钢箱梁的应力水平和变化幅值进行实时 分析。 本发 明方法能够用于斜拉桥的钢箱梁疲劳 性能快速评估， 实现大数据与数字孪生的融合统 一， 为斜拉桥全寿命周期服役状态追踪与评估提 供理论依据。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115048738 A 2022.09.13 CN 115048738 A 1.一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特征在于， 具体包括如下 步骤： 步骤1， 获取斜拉桥的动态监测数据并进行数据处理， 利用处理后的动态监测数据构建 斜拉桥结构的物理信息模型； 所述动态监测数据包括输入荷载信息和输出响应信息； 步骤2， 基于步骤1所述物理信息模型的输入荷载信息和输出响应信息， 对斜拉桥的结 构特性进行识别， 并对物理信息模型进行信号追踪分析， 获得物理信息模型 的斜拉桥的结 构特性特 征值及概 率区间分布； 步骤3， 利用空间离散化方法建立斜拉桥的数字化模型， 并在斜拉桥的数字化模型的响 应监测位置布设孪生 点位； 步骤4， 基于步骤3所述数字化模型， 通过模态分析和静力分析， 获得数字化模型的斜拉 桥的输出响应信息、 结构特性及结构特性特 征值； 步骤5， 基于物理信 息模型的输出响应信 息、 结构特性特征值以及数字化模型的输出响 应信息、 结构特性特征值， 构建物理信息模型和数字化模型的映射， 利用多目标优化方法对 步骤3所述数字化模型的参数进行调整和修 正， 实现数值孪生模型的构建； 步骤6， 利用步骤1所述物理信息模型的输入荷载信息和步骤5所述数值孪生模型对斜 拉桥钢箱梁的应力时程进行分析， 利用步骤1所述动态监测数据对斜拉桥钢箱梁的应力谱 和疲劳性能进行评估， 得到 评估结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特 征在于， 步骤1所述获取斜拉桥的动态监测数据并进行数据 处理， 方法具体如下： 在斜拉桥 的预设位置布设若干个摄像头， 所述摄像头用于拍摄斜拉桥桥面全部车道， 在斜拉桥全部 车道布设动态称重系统， 通过图像识别和机器学习方法对摄像头和 动态称重系统的输出进 行识别， 得到斜拉桥全部车道的输入荷载信息， 包括车型和轴重， 并利用输入荷载信息构建 车辆荷载模型； 在斜拉桥钢箱梁内部的底板位置布设加速度传感器， 在钢箱梁内部的顶板位置布设应 变传感器， 通过动态采样得到斜拉桥的输出响应信息， 包括加速度和应力， 并对输出响应信 息进行数据清洗； 其中， 动态采样的频率大于结构分析 频率上限值的5倍。 3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特 征在于， 所述 斜拉桥的结构特性包括但不限于结构频率、 振型和结构刚度。 4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特 征在于， 步骤2所述 概率区间分布的公式如下： P(X＝xi)＝pi,i＝1,2,3…n 式中， P()为概率分布函 数， X为斜拉桥的结构特性特征值， xi为特征值变量的取值， pi为 特征值变量的取值所对应的概率值； i为特征值变量的第i个取值， n为特征值变量的全部取 值的个数。 5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特 征在于， 步骤3所述利用空间离散化方法建立斜拉桥的数字化模型， 包括： 斜拉桥的拉索结 构采用桁架单元模拟得到， 钢箱梁结构采用空间壳单元模拟得到， 混凝土桥塔结构采用实 体单元模拟得到， 钢桥塔结构采用空间壳单 元模拟得到 。 6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115048738 A 2征在于， 步骤5所述数字化模型的参数是通过参数敏感性分析确定的， 包括弹性模量、 构件 厚度、 面积和边界约束刚度。 7.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的斜拉桥钢箱梁疲劳性能评估方法， 其特 征在于， 所述步骤6的方法， 具体如下： 将所述车辆荷载模 型添加至步骤5所述数值孪生模型 中， 通过移动荷载瞬态动力时程分析计算获得车辆作用下 的动态结构响应， 并对斜拉桥钢 箱梁的应力时程进行分析； 基于钢箱梁的应力时程计算结果， 利用雨流计数法分析钢箱梁 不同构造细节位置的应力谱， 根据构造细节位置的应力 ‑寿命曲线得到钢箱梁的疲劳性能 的评估结果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115048738 A 3