本發明屬于橋梁損傷檢測，具體涉及一種利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法。

背景技術：

1、隨著計算機性能的飛速發展和有限元理論的成熟，有限元分析已經成為解決橋梁結構受力性能和狀態評估、抗風抗震火災模擬等的有效手段，一個合理準確的有限元模型是進行橋梁結構分析、狀態評估的基礎。但是，由于實際橋梁的結構復雜且相關參數不確定，實際橋梁與橋梁初始有限元模型之間往往存在一定的誤差，初始有限元模型不能很好地反映結構的實際邊界條件及材料參數，無法精準地表征橋梁結構的實際受力健康狀態。此外，橋梁發生火災后，橋梁的結構性能和材料性能往往都會發生不同程度的退化，因此需要對橋梁原有的有限元模型進行修正，識別和優化橋梁結構狀態不確定的參數，以正確評估火災后橋梁的實際承載性能。

2、目前有限元模型的修正多局限于正常運營使用的橋梁，而較少考慮遭受極端、突發事故的橋梁。如發生火災時，火源局部位置處橋梁的材料性能與結構性能的退化程度遠超過橋梁的其他部分，橋梁同一構件的局部區域也存在不同程度的差異，即局部構件參數之間也可能存在差異。因此直接采用對橋梁整體構件參數進行有限元修正的方法去修正火災后橋梁的數值模型是不合理的。

技術實現思路

1、為解決現有有限元模型修正方法存在的上述缺陷，本發明提供一種利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，用以正確評估火災后橋梁的實際承載性能。

2、本發明采用的技術方案是：

3、一種利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

4、s1、使用fds火災模擬3d區域邊界的初始設置，并計算確定標準條件下氣流與干氣流的值、燃燒過程中所需的風量和火源最大放熱速率，從而確定影響火災模擬的主要參數；

5、s2、利用步驟s1的計算得到的參數值進行火災模擬，并判斷火焰高度是否與3d區域相似：

6、若不相似，返回步驟s1繼續修正各參數值；

7、若相似，則得到火源最大放熱速率；

8、s3、使用步驟s2最終得到的火源最大放熱速率繪制熱源釋放曲線，從而確定熱源熱釋放速率曲線；

9、s4、使用fds橋架火災溫度場模擬確定橋架溫度場分布、校正周期和區間的調幅范圍；建立橋梁結構分析模型，通過橋梁動載試驗確定自振頻率的輸入值和響應值，從而確定橋梁有限元模型修正的待校正參數；

10、s5、對步驟s4中得到的待校正參數進行靈敏度分析，分析后進行設計和構建訓練樣本，建立kriging模型，并通過kriging模型對實測值進行回歸預測得到預測值；

11、s6、利用步驟s5中得到的預測值對有限元結構分析模型進行修正；

12、s7、通過橋梁靜載試驗驗證由于修正指標而產生的修正效果。

13、進一步的，所述火災是由油罐車墜落后起火導致橋梁上部結構著火。

14、進一步的，所述步驟s3所選用的熱源熱釋放速率曲線的數學模型為：

15、

16、其中，q為火災熱釋放率；a為火災增長系數；t為火災發生時間；tmax為火災達到最大熱釋放率的時間；td為維持最大熱釋放率的時間；qmax為火災最大熱釋放率。

17、進一步的，步驟s7中采用均方根誤差rmse對橋梁靜載試驗的預測結果進行評價，公式如下：

18、

19、其中，yi為現場實測值，為本文預測值，n為計算樣本量，rmse表示預測值與實測值之間的平均偏差程度，rmse值越小代表預測值越準確。

20、與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：

21、1、本發明方法將fds技術與kriging模型相結合，使用fds技術進行火災數值模擬，根據不同的溫度區間即可在受災橋梁上劃分出不同受災程度的范圍，從而確定局部梁段參數選擇區間。

22、2、本發明方法分別對不同受災程度內的梁段構建高擬合精度的響應面模型實現對初始有限元模型的修正方法，用以修正火災橋梁有限元模型，達到修正后有限元模型更加接近火災橋梁實際狀態的效果。

23、3、本發明方法結合橋梁的動載試驗結果對火災橋梁靜力行為進行預測，為火災后橋梁的承載能力評估及修復等具有實際工程意義。

技術特征：

1.一種利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，其特征在于，所述火災是由油罐車墜落后起火導致橋梁上部結構著火。

3.如權利要求1所述的利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，其特征在于，所述步驟s3所選用的熱源熱釋放速率曲線的數學模型為：

4.如權利要求1所述的利用fds-kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，其特征在于，步驟s7中采用均方根誤差rmse對橋梁靜載試驗的預測結果進行評價，公式如下：

技術總結
本發明公開了一種利用FDS?Kriging模型對火災后橋梁靜力行為預測的方法，具體包括：S1、確定影響火災模擬的主要參數；S2、利計算得到的參數值進行火災模擬，并判斷火焰高度是否與3D區域相似；S3、確定熱源熱釋放速率曲線；S4、確定橋架溫度場分布、校正周期和區間的調幅范圍；確定橋梁有限元模型修正的待校正參數；S5、對步驟S4中得到的待校正參數進行靈敏度分析，分析后進行設計和構建訓練樣本，建立Kriging模型，并通過Kriging模型對實測值進行回歸預測得到預測值；S6、利用步驟S5中得到的預測值對有限元結構分析模型進行修正；S7、通過橋梁靜載試驗驗證由于修正指標而產生的修正效果。

技術研發人員：盧彭真,武瑛,張軒,金濤,蔡勉
受保護的技術使用者：浙江工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24