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千米级公铁两用桥梁钢桁架温度分布分析与预测

郑淦亢 何越磊 孟晓亮 万乐山

郑淦亢, 何越磊, 孟晓亮, 万乐山. 千米级公铁两用桥梁钢桁架温度分布分析与预测[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(4): 458-464. doi: 10.12299/jsues.24-0018
引用本文: 郑淦亢, 何越磊, 孟晓亮, 万乐山. 千米级公铁两用桥梁钢桁架温度分布分析与预测[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(4): 458-464. doi: 10.12299/jsues.24-0018
ZHENG Gankang, HE Yuelei, MENG Xiaoliang, WAN Leshan. Analysis and prediction of temperature distribution of steel trusses for kilometer-scale rail-cum-road bridge[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(4): 458-464. doi: 10.12299/jsues.24-0018
Citation: ZHENG Gankang, HE Yuelei, MENG Xiaoliang, WAN Leshan. Analysis and prediction of temperature distribution of steel trusses for kilometer-scale rail-cum-road bridge[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(4): 458-464. doi: 10.12299/jsues.24-0018

千米级公铁两用桥梁钢桁架温度分布分析与预测

doi: 10.12299/jsues.24-0018
基金项目: 江苏省交通运输科技项目资助(2021QD02)
详细信息
    作者简介:

    郑淦亢(1999 − ),男,硕士生,研究方向为桥梁健康监测。E-mail:1540786995@qq.com

    通讯作者:

    何越磊(1972 − ),男,教授,博士,研究方向为轨道交通安全与检测技术研究。E-mail:hyldoc@163.com

  • 中图分类号: U448.43

Analysis and prediction of temperature distribution of steel trusses for kilometer-scale rail-cum-road bridge

  • 摘要: 基于某千米级公铁两用桥温度观测结果,研究主梁钢桁架不同位置在不同季节下的温度分布特征,得到千米级公铁两用桥的时空温度场特性。基于结构和大气温度变化特性,对千米级公铁两用桥温度场进行全面分析,并通过3种神经网络预测模型对比找出最适合桥梁温度数据精准预测的模型。结果表明:钢桁架的温度场存在显著的时间及空间差异性,主梁温度明显滞后于大气温度,LSTM和CNN神经网络可以对温度数据进行较高精度的预测。
  • 图  1  桥梁跨中横断面温度传感器布置图

    Figure  1.  Layout of temperature sensor in cross-section of bridge span

    图  2  钢桁架顶板温度变化曲线

    Figure  2.  Temperature change curve of steel truss top plate

    图  3  钢桁架底板构温度变化曲线

    Figure  3.  Temperature change curve of steel truss bottom plate

    图  4  钢桁架局部与大气温度滞后关系

    Figure  4.  Hysteresis relation between local steel truss temperature and atmospheric temperature

    图  5  钢桁架局部与大气温度温差关系

    Figure  5.  Difference relationship between steel truss and atmospheric temperature

    图  6  LSTM神经网络结构示意图

    Figure  6.  Schematic structure of LSTM neural network

    图  7  BPNN结构示意图

    Figure  7.  Schematic structure of BPNN

    图  8  3种模型预测效果

    Figure  8.  Predicted effects of three models

    表  1  夏季和冬季钢桁架顶板测点温度日统计参数

    Table  1.   Daily statistical parameters of temperatures at the top plate of steel truss in summer and winter

    季节 传感器 最大值 最小值 平均值 温差
    夏季WD-08-1950.227.036.123.2
    WD-08-2149.528.237.921.3
    WD-08-2347.027.137.519.9
    WD-08-2442.925.433.717.5
    冬季WD-08-1919.06.210.812.8
    WD-08-2117.06.210.210.8
    WD-08-2314.34.69.49.7
    WD-08-2412.64.58.58.1
    下载: 导出CSV

    表  2  夏季和冬季钢桁架底板测点温度日统计参数

    Table  2.   Daily statistical parameters of temperatures at the bottom plate of steel truss in summer and winter

    季节 传感器 最大值 最小值 平均值 温差
    夏季WD-08-1435.230.032.62.6
    WD-08-1235.029.632.32.7
    WD-08-0734.829.532.12.7
    WD-08-0934.129.231.72.4
    冬季WD-08-1435.230.032.62.6
    WD-08-1235.029.632.32.7
    WD-08-0734.829.532.12.7
    WD-08-0934.129.231.72.4
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    表  3  3种模型预测精度

    Table  3.   Predictive accuracy of three models

    预测模型 MAE值 RMSE值
    LSTM神经网络 0.015 0.026
    CNN 0.016 0.028
    BPNN 0.066 0.114
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  • 收稿日期:  2024-01-17
  • 刊出日期:  2024-12-31

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