【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于橋梁工程領域，具體為一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法。
技術介紹
1、隨著現代橋梁工程的發展，橋梁作為重要的交通樞紐，承擔著巨大的運輸壓力。然而，橋梁纜索結構主要材料為鋼材，其耐腐蝕性差、導熱性能好，使其受火災高溫威脅，大氣中的氧和水分極易造成鋼材的腐蝕。在能源運輸、電車普及，加大了橋梁火災的風險，由于防火材料一直處于腐蝕過程中，并會受到工業制品的影響，在火災發生后，保護材料更易受到高溫的影響而產生鋼材損傷，影響結構安全，故有必要開展高溫與腐蝕耦合后纜索安全的研究工作。
2、目前已有研究對纜索分別在腐蝕和高溫下的力學性能進行了試驗和模擬，但對于橋梁纜索受高溫與腐蝕耦合影響作用下的研究還未成熟。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提出了一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，隨著纜索服役時間的增長，其材料的力學性能會因為自然因素、人為因素等受到影響和損傷，甚至出現斷裂的情況，通過試驗得出高溫與腐蝕耦合后結構性能的退化，最終求出鋼絲腐蝕和高溫耦合作用下的抗拉強度。
2、為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案是：
3、一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，具體步驟如下，其特征在于：
4、步驟1：開展不同腐蝕條件、不同腐蝕時間的單根鋼絲腐蝕試驗；
5、步驟2：對腐蝕后的鋼絲開展高溫加熱試驗后，對其進行拉伸試驗，得到腐蝕鋼絲在不同高溫te加熱后的抗拉強度fc,t(i,te)，將所測得
6、步驟3：根據實橋火災和纜索腐蝕情況，測得腐蝕條件c(i)、腐蝕時間t(i)、纜索最外層鋼絲的最高溫度tmax，利用梯度提升機模型計算單根鋼絲腐蝕和高溫作用下的抗拉強度fc,t(i,temax)；
7、步驟4：根據橋梁監測系統測得纜索力f，根據纜索的截面a0，計算出單根鋼絲i承受的應力s(i)；
8、步驟5：根據單根鋼絲腐蝕和高溫作用下的抗拉強度fc,t(i,temax)、承受的應力s(i)，當fc,t(i,temax)>s(i)時，則單根鋼絲安全，否則單根鋼絲不能繼續承載，直至斷裂；
9、步驟6：當有鋼絲i斷裂至n根時，重新計算得到纜索結構的有效截面an，計算得到單根鋼絲i承受的應力s(i)；
10、步驟7：重復步驟3～步驟6，計算得到鋼絲斷絲率當斷絲率大于2％
11、時認為纜索結構不安全，否則纜索結構處于安全狀態。
12、進一步，步驟2中建立梯度提升機模型的過程可以表示如下：
13、步驟2.1，初始化模型，初始化一個常數模型f0(x)，這個常數是所有訓練數據的標簽的平均值，x表示數據樣本中的腐蝕條件、腐蝕時間、鋼絲溫度；
14、步驟2.2，迭代訓練
15、計算殘差rmi：
16、
17、式中，rmi表示第m次迭代時，第i個樣本的殘差，其中m＝1,2,...,m，m是模型迭代的次數，也代表當前正在訓練的弱學習器的索引，m為總的迭代次數或弱學習器的數量；l(yi,f(xi)是損失函數，yi是第i個樣本的真實標簽，f(xi)是當前模型對第i個樣本的預測值，是求梯度；
18、使用殘差rmi作為標簽訓練一個新的弱學習器hm(x)；hm(x)表示第m次迭代訓練的弱學習器，為一棵決策樹；用線搜索找到一個常數γm，使得fm(x)＝fm-1(x)+γmhm(x)能夠最小化損失函數，其損失函數可表示為：
19、
20、按照下式來更新模型：
21、fm(x)＝fm-1(x)+vγmhm(x)
22、式中，v是學習率，它控制了每棵樹hm(x)對最終模型的貢獻，fm(x)是第m次迭代后的累積模型，fm-1(x)是第m-1次迭代后的累積模型；
23、步驟2.3，模型融合，將所有弱學習器進行加權和處理獲得最終梯度提升機f(x)：
24、
25、進一步，步驟3中利用梯度提升機模型計算單根鋼絲腐蝕和高溫作用下的抗拉強度fc,t(i,temax)的過程可以表示如下：
26、fc,t(i,temax)＝f(x')
27、式中，f()是梯度提升機，x'是根據實橋火災和纜索腐蝕情況測得的腐蝕條件c(i)、腐蝕時間t(i)、纜索最外層鋼絲的最高溫度tmax。
28、本專利技術一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，有益效果：本專利技術的技術效果在于：
29、1.本專利技術充分考慮了橋梁纜索結構在實際使用中處于腐蝕狀態下，后受到火災損傷后的影響，引入腐蝕損傷，高溫損傷，鋼絲斷裂，使計算結果更加符合實際情況和所計算結果更加準確；
30、2.本專利技術思路清晰，便于流程化使用，更加準確地反映了腐蝕高溫耦合后纜索受力情況，使每根鋼絲所承受的抗力更加明確，最終能夠更加科學地評估腐蝕耦合后纜索的結構安全性。
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1.一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，，具體步驟如下，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，其特征在于：步驟2中建立梯度提升機模型的過程表示如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，其特征在于：步驟3中利用梯度提升機模型計算單根鋼絲腐蝕和高溫作用下的抗拉強度fC,T(i,TEmax)的過程可以表示如下：
【技術特征摘要】
1.一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，，具體步驟如下，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于梯度提升機的橋梁纜索安全性預測方法，其特征在于：步驟2中建立梯度提升機模型的過程表示如...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋永生，李佳煒，鐘雯，賈慧娟，李金娥，
申請(專利權)人：金陵科技學院，
類型：發明
國別省市：
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