[发明专利]一种基于热膨胀系数与荷载应变的地下结构健康监测方法

权利要求书

1.一种基于热膨胀系数与荷载应变的地下结构健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在地下结构的内表面指定n个监测点，在每一监测点布置一个温度传感器和两个应变传感器，所述两个应变传感器为方向相互垂直设置的第一应变传感器和第二应变传感器；

在一个评价周期内采集温度传感器测得的m个温度值T_i,j、第一应变传感器测得的m个第一应变值ε_I,i,j和第二应变传感器测得的m个第二应变值ε_II,i,j，其中，i表示第i个监测点，i≤n，j表示一个评价周期中该传感器采集的第j个数据，j≤m，m为一个评价周期内的采集次数；

根据所述第一应变值ε_I,i,j和温度值T_i,j计算第一热膨胀系数α_I,i和第一荷载应变根据所述第二应变值ε_II,i,j和温度值T_i,j计算第二热膨胀系数α_II,i和第二荷载应变

当某一监测点的第一荷载应变或第二荷载应变超过报警阈值时，则认为该监测点附近存在结构损伤风险，发出预警信息；

第一热膨胀系数α_I,i和第一荷载应变的计算方式如下：

1)在范围内等距确定k个备选α_I,i值，其中，为钢筋混凝土材料在无约束状态下的典型热膨胀系数；对每个备选α_I,i值计算以下皮尔逊相关系数ρ：

其中，为平均第一应变，为平均第一应变，

2)绘制曲线，在曲线上找到使得ρ²最小的α_I,i值即为待求解的第一热膨胀系数α_I,i；

3)第一荷载应变的计算方式为：

其中，ε_I,i,1、T_i,1分别为监测点i处在一个评价周期内采集的第一个第一应变值和第一个温度值，为监测点i处在一个评价周期内采集的第一个第一荷载应变；

通过上述方式计算获得第二热膨胀系数α_II,i和第二荷载应变

2.根据权利要求1所述的基于热膨胀系数与荷载应变的地下结构健康监测方法，其特征在于，还包括：

求解归一化热膨胀系数，建立4个热膨胀系数欧式距离矩阵，具体包括：

1)、求解归一化第一热膨胀系数和归一化第二热膨胀系数

2)、建立4个热膨胀系数欧式距离矩阵EDM₁、EDM₂、EDM₃、EDM₄，其统一形式为：

其中，p分别取值为1、2、3、4，D_ia表示第i个监测点与第a个监测点之间热膨胀系数的差值的绝对值；

对EDM₁有

对EDM₂有

对EDM₃有

对EDM₄有

用ΔEDM₁、ΔEDM₂、ΔEDM₃、ΔEDM₄表示4个热膨胀系数欧式距离矩阵各自的前后两个评价周期的差值绝对值矩阵，如ΔEDM₁、ΔEDM₂、ΔEDM₃、ΔEDM₄中任何一个矩阵中有至少一行或一列的值超过设定阈值，则认为识别出的异常列或异常行对应的监测点附近存在较大结构损伤风险，发出预警信息。

3.根据权利要求1所述的基于热膨胀系数与荷载应变的地下结构健康监测方法，其特征在于，所述监测点的位置选择在结构较脆弱或外部荷载较大或破坏后果较严重的部位，当地下结构在各部位相差不大时，采用均匀布点。

4.根据权利要求1所述的基于热膨胀系数与荷载应变的地下结构健康监测方法，其特征在于，在一个评价周期内均匀间隔采集取样，所述一个评价周期不小于24小时，以覆盖一个完整的温度升降周期。

5.根据权利要求1所述的基于热膨胀系数与荷载应变的地下结构健康监测方法，其特征在于，每三个监测点设置在地下结构的一个监测断面上。