[发明专利]基于裂缝开展高度的梁桥损伤评估预警方法及预警系统

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及基于裂缝开展高度的梁桥损伤评估预警方法及预警系统。

背景技术

桥梁工程投资规模大，服役期长，是交通线的关键节点。由于质量缺陷、荷载效应、环境侵蚀、材料老化、自然灾害和人为灾害等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构的损伤累积、抗力衰减和功能退化，从而使桥梁的安全性、适用性与耐久性下降，造成频繁养护维修，极端情况下可能引发灾难性事故。

为确保大型桥梁建造与运营全过程的安全性，加强桥梁健康状况的监测和评估，实施全寿命周期的主动监控与养护管理，受到桥梁工作者与全社会的广泛关注，目前大型桥梁结构健康监测系统已得到广泛应用，在大型桥梁健康监测系统中主要通过对桥梁控制截面应力、桥梁振动特性以及结构整体位移等进行实时、在线、连续监测，对监测数据进行分析和处理，达到结构损伤识别和状态评估的目的，并对结构损伤发出及时预警。

但是对于常规中、小跨径的梁桥由于经费和人员所限，大多没有安全监测及预警系统。目前中小型桥梁常规的检查措施基本上以定期人工检测为主，这种被动的检测方法仅能对明显的桥梁问题做出判断，很难确定桥梁整体健康状态及损伤发展情况，并且不具有实时性和连续性，更不能对桥梁损伤进行预警。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于裂缝开展高度的梁桥损伤评估预警方法。

为此，本发明提供的基于裂缝开展高度的梁桥损伤评估预警方法是当待监测梁桥主梁上的裂缝开展至该主梁跨中截面的危险裂缝高度范围时进行预警；

所述主梁跨中截面的危险裂缝高度范围确定如下：

以该主梁的抗力设计值R_d和抗力标准值R_k为依据，从该主梁跨中截面的弯矩-裂缝高度图中读取该主梁跨中截面的危险裂缝高度范围[h_d,h_k]，h_d为抗力设计值R_d对应的裂缝高度，h_k为抗力标准值R_k对应的裂缝高度；

所述主梁跨中截面的弯矩-裂缝高度图按下述方法作取：

设该主梁跨中截面为A截面：

步骤1，根据桥梁设计参数建立桥梁的A截面分析模型，并进行截面非线性全过程分析，得到各级荷载下的A截面的弯矩、曲率和形心应变；

步骤2，分别求取每级荷载下A截面中的裂缝高度，其中一级荷载下A截面中的裂缝高度为y′_cr，且：

y'_cr＝(ε_c-γf_tk/E_c)/φ+y_c  （式1）

（式1）中：ε_c为该级荷载下A截面的形心应变；γ为受拉区混凝土塑性影响系数；f_tk为桥梁所用混凝土轴心抗拉标准值；E_c为桥梁所用混凝土弹性模量；φ为该级荷载下A截面的曲率；y_c为开裂前A截面的形心轴距离梁底面的垂直距离；

之后，得到每级荷载下的A截面中的裂缝高度；

从而，结合步骤1中的相应荷载下的A截面的弯矩可得到每级荷载下A截面的弯矩-裂缝高度；

步骤3，以各级荷载下的弯矩-裂缝高度作图，得到该横截面的弯矩-裂缝高度图。

上述步骤1中在进行截面非线性全过程分析时，逐级施加荷载为；其中，荷载时A截面的曲率=荷载时A截面的曲率+0.005倍的A截面的极限曲率，荷载时A截面的曲率为A截面的极限曲率。

本发明的另一目的是提供一种实现上述预警方法的预警系统，包括涂覆于梁桥各主梁跨中截面危险裂缝高度范围的导电涂膜和数据处理与预警装置，所述数据处理与预警装置包括数据采集器、微处理器和GMS短信模块。

所述导电涂膜顺桥向的长度为1米。

本发明提出的方法是通过监测主梁裂缝开展高度，来预警桥梁损伤，监测内容直观、检测结果准确，可以在无人值守的情况下连续、实时监控，确保能及时发现桥梁结构损伤及时预警，防止恶性事故发生。

附图说明

图1为（式1）的的推导过程参考示意图；

图2为实施例1的梁桥的中梁跨中截面弯矩-裂缝高度关系图；

图3为实施例1的梁桥的边梁跨中截面弯矩-裂缝高度关系图。

具体实施方式