[发明专利]一种桥梁腐蚀监测与寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种桥梁腐蚀监测与寿命预测方法，该方法通过三组安装在桥梁不同深度的氯离子浓度传感器以及腐蚀速率传感器所反馈的数据利用菲克第二定律等方法综合判断该桥梁当前状态距离桥梁腐蚀开裂阶段的时间，得出桥梁在没有维护情况下的剩余寿命，实现了对桥梁腐蚀状态的监测和对桥梁寿命的预测。本发明主要解决了对于已建成桥梁腐蚀状态的监测问题，并能通过传感器数据预测桥梁结构的剩余寿命，提醒维护人员及时进行桥梁维护，保障了桥梁结构的安全性和交通的正常通行。

主权项

1.一种桥梁腐蚀监测与寿命预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1）在桥梁混凝土桥墩中设置等距直线排列的至少三个氯离子浓度传感器，记氯离子传感器个数为N个，同时在直线两端的氯离子浓度传感器之间连线的中点处设置腐蚀速率传感器；通过氯离子浓度传感器分别采集时刻t₁，t₂，…t_i…t_S下桥梁各个点位X₁、X₂、…X_n…X_N处的氯离子浓度，其中t_i为第i个时刻，i为时刻序号，i=1,2，…，S，t₁为第一个数据采集时刻，t_S为进行寿命预测的时刻，即当前时刻，S为进行寿命预测的时刻序号，X_n为第n处点位，n=1,2，…，N，在t_i时刻下所采集的各个点位的氯离子浓度值分别记为C(X₁,t_i)，C(X₂,t_i)，…，C(X_n,t_i)，…C(X_N,t_i)；同时通过腐蚀速率传感器采集时刻t₁，t₂，…t_i…t_S下的腐蚀速率，分别记为CR₁，CR₂，…CR_i…CR_S；步骤2）按照如下方法分别对各时刻的氯离子浓度C(X₁,t_i)，C(X₂,t_i)，…，C(X_n,t_i)，…C(X_N,t_i)，以及腐蚀速率CR_i进行初次筛选：a）如果t_i时刻深度X₁、X₂、…X_n…X_N处所对应的一组氯离子浓度值C(X₁,t_i)，C(X₂,t_i)，…，C(X_n,t_i)，…C(X_N,t_i)有以下情形之一，则剔除该组数据：任意一个氯离子浓度值为负值，任意一个氯离子浓度值>2.0M，该组氯离子浓度值的相关系数r的绝对值|r|<0.75；b）如果t_i时刻的腐蚀速率CR_i有以下情形之一，则剔除该数据：腐蚀速率CR_i为负值，腐蚀速率CR_i小于上一时刻t_i-1的测量值CR_i-1，CR_i-1<0.1uA/cm²且CR_i>1.0uA/cm²；步骤3）首先，根据所述步骤2）初次筛选过后的数据，对于每一时刻t_i的一组氯离子浓度值C(X₁,t_i)，C(X₂,t_i)，…，C(X_n,t_i)，…C(X_N,t_i)，利用菲克第二定律计算时刻t_i对应的表面氯离子浓度C_S(i)和扩散系数D_i；然后根据下列方程，求解出每个时刻t_i对应的腐蚀开始时刻T_th(i)：Cth=C0+(CS(i)-C0)[1-erf(XN2DiTth(i))]]>其中：C_th为氯离子浓度临界值，C₀为初始氯离子浓度值，erf为误差函数，T_th(i)为腐蚀开始时刻；步骤4）按照以下方法对每个时刻t_i下的腐蚀开始时刻T_th(i)和经过步骤2）初次筛选的腐蚀速率CR_i进行检验：如果满足T_th(i)>t_i，且CR_i>1，则剔除该组数据，否则进一步判断是否满足T_th(i)≤t_i，且CR_i<0.1，如是，则剔除该组数据，否则保留该组数据；步骤5）根据所述步骤4）中检验后的数据，按照以下方法计算每个时刻t_i距离腐蚀开裂阶段开始时刻的时间，即时刻t_i的腐蚀开裂预测时间T_i：如果T_th(i)>t_i，则根据公式T_i=T_th(i)-t_i+T_add计算时刻t_i的腐蚀开裂预测时间T_i；否则根据公式T_i=T_add计算时刻t_i的腐蚀开裂预测时间T_i，其中T_add为从腐蚀开始时刻到腐蚀开裂阶段开始时刻的时间；步骤6）判断当前时刻t_S对应的腐蚀开裂预测时间T_S是否满足T_S=T_add，如是，则当前时刻t_S对应的腐蚀开裂最终预测时间T=T_S；否则，利用所述步骤5）中得到的T₁，T₂，…T_i，…T_S，根据下列两式拟合出线性回归方程T_i=bt_i+a的常数项a，和时间t_i的系数b；其中和分别为t₁，t₂，…t_i，…t_S和T₁，T,₂，…，Ti，…Ts的平均值；然后根据线性回归方程T_i=bt_i+a，计算出当前时刻t_S对应的腐蚀开裂最终预测时间T=T_S=bt_S+a。