[发明专利]在役桥梁结构安全性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在役桥梁结构安全性评价的方法，适应于所有在役的钢 筋混凝土结构的桥梁结构的安全性检测，属于土木工程技术领域。

背景技术

桥梁工程是关系民生的重大工程，因其构造复杂、设计施工难度大、投 资多等，倍受人们关注。桥梁在建成投入使用后，其钢筋混凝土结构在自然 环境、使用环境以及材料内部因素的作用下，随着时间的推移，其材料会逐 渐劣化，被腐蚀，结构性能也会随之下降，出现损伤乃至损坏，从而危及桥 梁的安全性。上世纪80年代以来，北美、欧洲和亚洲的许多国家和地区， 相继发生了数起大型桥梁突然断裂和倾覆事件，我国也存在这类由于桥梁塌 陷所造成的人员伤亡事故，这些灾难性事故不仅引起了公众舆论的严重关 注，也使各国政府和科研机构意识到，对大型桥梁结构的安全性进行科学准 确地分析和评估已刻不容缓。目前，在世界范围内，对于既有桥梁结构的安 全性评价问题已日显突出，如何在经济和技术允许的条件下，合理评价桥梁 结构特别是大跨桥梁结构的安全性，避免事故的发生，国内外学者进行了大 量有益的探索和尝试，提出了多种用于桥梁结构安全性评价的方法，比如外 观检测评价法、结构计算分析评定法、载荷试验评定法、专家经验评定法和 可靠度评价法。而我国关于预应力混凝土桥梁耐久性检测和评估方面做的工 作还很少，在许多方面(如：预应力筋锈蚀状况的检测和评价、预应力筋有 效预应力的检测及评价等)还存在明显不足甚至是空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便可行的对在役桥梁结构进行安全性评 价的方法，以定量给出在役桥梁结构安全性评价，在保障桥梁安全的同时， 节省人力、物力和财力。

本发明根据代数拓扑学的知识，用电子断层成像设备，采集桥梁结构不 同时期内的横断面图像，对采集的图像进行二值化处理，计算其二值图像第 0维贝蒂数和第1维贝蒂数随时间推移而发生的变化值，通过分析贝蒂数的 变化规律给出桥梁的安全性评价。

本发明通过下列技术方案完成：一种在役桥梁结构安全性评价方法，其 特征在于有下列步骤：

A、阶段性采集桥梁结构横断面图像；

B、转化上述步骤A的图像；

C、对上述步骤B的转化图像进行二值化处理；

D、计算上述步骤C二值化处理图像的第0维贝蒂数值和第1维贝蒂数 值；

E、汇集各阶段同一桥梁结构横断面图像的第0维贝蒂数值和第1维贝 蒂数值，并分析比较这些数值的变化情况及规律后，即可定量得出该桥梁结 构横断面是否安全的评价。

所述步骤A的图像采集是：通过现有技术中的常规电子断层成像设备， 阶段性获取桥梁结构同一横断面的彩色图像。

所述步骤B的图像转化是：通过现有技术中的Matlab图像处理函数 (rgb2gray)将彩色图像转化为灰度图像。(MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在 数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指，主要应用于工程计算、控 制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领 域)

所述步骤C的图像二值化处理是：通过现有技术中的Matlab图像处理 函数(im2bw)对图像进行二值处理，即转换成只有0和1两个数值的黑白 图像。

所述步骤D的计算是：采用现有技术中的软件包程序ChomP计算桥梁结 构横断面图像的第0维贝蒂数值和第1维贝蒂数值。ChomP(Computational Homology Project)即计算同调群工程的缩写，该软件主要是用来计算同调 群的，已经被广泛的应用于解决非线性问题。

本发明提供的在役桥梁结构安全性评价方法，根据代数拓扑学的理论完 成的，即：在代数拓扑学中，对于二维空间——即桥梁横断面而言，第0维 贝蒂数的几何意义是描述该桥梁横断面区域中存在的块的个数；第1维贝蒂 数则描述了该桥梁横断面区域中存在的洞的个数。通过阶段性获取同一桥梁 横断面的贝蒂数变化规律，即能定量地给出在役桥梁结构的安全性评价。即： 若第0维贝蒂数的个数明显的增加或者减少，说明桥梁结构受到挤压或外界 环境腐蚀发生结构变化，处于危险状态，若变化很小或不变，则说明正常； 若第1维贝蒂数个数明显增加，则说明桥梁结构中洞(即气泡)的个数增多， 处于危险状态，反之则表示正常。