[发明专利]一种基于分布式光纤监测和主梁全长应变分布的桥梁状态检测与评估方法

说明书

本发明涉及一种基于分布式光纤监测和主梁全长应变分布的桥梁状态检测与评估方法，属于结构健康监测技术领域。所述方法包括将分布式传感光纤沿顺桥向布设在桥梁主梁上，分布式传感光纤覆盖主梁全长，对桥梁进行车辆荷载试验，使用长距离高空间分辨率分布式光纤解调仪测量主梁全长的应变分布；通过对比主梁全长范围内各位置的实测应变值与设计容许应变值，检测覆盖桥梁全长的结构应变异常位置；通过对比桥梁实测应变分布模式与设计应变分布模式的匹配程度，检测桥梁结构体系的应变分布模式异常；综合应变响应值和分布模式对桥梁状态进行安全评估。本发明提出的方法解决了桥梁检测与评估存在安全隐患的问题并且有效提升了桥梁安全检测水平。

技术领域

本发明涉及一种基于分布式光纤监测和主梁全长应变分布的桥梁状态检测与评估方法，属于结构健康监测技术领域。

背景技术

桥梁状态检测是保障桥梁安全服役的重要措施，大型桥梁为了及时了解桥梁结构健康状态，确保可以继续安全服役，会定期进行桥梁状态检测。通过桥梁状态检测，可以及早发现桥梁结构的早期损伤，及时进行维修和加固，以避免重大安全隐患。大型桥梁状态检测通常采用车辆荷载试验方法，其中主梁的应变变化量是重要的检测项目之一。通过在桥面上施加特定的车辆荷载，测量主梁各位置的应变变化，将主梁实测的应变变化值与设计容许值进行比较，依此判断主梁结构的安全状态。但是，目前在桥梁荷载试验中，主梁的应变测量一般采用离散的点式应变传感器，例如光纤光栅应变传感器、电阻应变片式应变传感器和振弦式应变传感器等。此类单点式应变测量方法存在测量位置偏少的严重缺陷，在大型桥梁千米量级的长度范围内往往只有十几个应变测量点，其它位置的应变信息均无法获得，导致存在大量应变盲区。应变盲区的存在会增加桥梁检测的安全风险，在传感器未覆盖的区域，主梁的异常应变响应可能被遗漏，增加了桥梁结构的安全隐患。另外，少量离散位置的应变信息无法准确反映出大型桥梁主梁全长的应变分布模式，因此，现有的桥梁结构状态评估方法均无法考虑实际桥梁的应变分布模式信息。但是，主梁是桥梁结构体系的核心组成部分，主梁承受车辆荷载，并通过索、缆等构件将荷载传递给桥塔和基础。因此，主梁的应变分布模式可以反映出整个桥梁结构体系的力学行为模式，是体现桥梁结构服役状态的重要信息。这部分关键信息的无法获取和不予考虑，制约了现有桥梁状态评估方法的全面性，因此，亟需发展基于主梁全长应变分布信息的，并且考虑应变分布模式的桥梁状态检测与评估方法，提升桥梁安全检测水平，保障桥梁结构的安全服役。

发明内容

为了解决现有大型桥梁结构状态检测与安全评估中，主梁应变测点偏少，应变分布模式无法获取，导致结构检测与评估存在安全隐患的问题，本发明提出了一种基于分布式光纤监测和主梁全长应变分布的桥梁状态检测与评估方法。所采取的技术方案如下：

一种基于分布式光纤监测和主梁全长应变分布的桥梁状态检测与评估方法，所述桥梁状态检测与评估方法的步骤包括：

步骤一、将分布式传感光纤沿顺桥向布设在桥梁主梁上，分布式传感光纤覆盖主梁全长，对桥梁进行车辆荷载试验，使用长距离高空间分辨率分布式光纤解调仪对分布式光纤进行解调，获得主梁全长的实测应变分布，同时，使用桥梁设计有限元模型，获得对应的主梁全长的设计容许应变分布；

步骤二、采用分离提取算法对主梁全长的应变分布进行分离提取，获得主梁整体应变分布和主梁局部应变分布；

步骤三、针对步骤二获得的主梁整体应变分布，采用分布模式匹配算法对比主梁全长的实测整体应变分布与设计容许应变分布的分布模式相似程度，并计算应变分布模式匹配系数，根据应变分布模式匹配系数检测桥梁结构体系的应变分布模式异常区域；

步骤四、针对步骤二获得的主梁整体应变分布，采用整体应变幅值比对算法对比主梁全长的实测整体应变分布与设计容许应变分布的整体应变值安全系数，根据整体应变值安全系数检测主梁全长的整体应变值异常区域；