[发明专利]基于梁端纵向位移的桥梁伸缩缝损伤诊断智能方法

说明书

技术领域

本发明是一种应用于桥梁结构伸缩缝损伤诊断的智能方法，涉及桥梁工程的无损检测领域。

背景技术

桥梁在温度变化时，桥面有膨胀和收缩的纵向变形，另外，在车辆荷载的作用下，桥面也会产生纵向位移。为满足这种变形，就要在桥梁的梁端与桥台之间设置伸缩缝。在桥梁结构中，伸缩缝不仅要满足由于温度变化和车辆荷载所引起的主梁的纵向变形，还要满足混凝土收缩徐变引起的位移，并消减由于不均匀沉降所引起的上部结构的二次应力^[1]，因此，伸缩缝是桥梁中很重要的结构构件，其状态安全与否不仅关系到整个桥梁结构的运营，还直接影响到车辆通过桥梁时的行车状态。桥梁伸缩缝受力复杂，一直是桥梁的薄弱环节，但是由于存在着诸如设计施工缺陷、管理维护不善及车辆超载加剧等情况，使得实际工程中的伸缩缝发生损坏的情况较为严重，因此需要对伸缩缝的状态进行监测和评估，以便准确地发现其损伤的发生，并及时地对伸缩缝进行修复或者进行更换。

目前，伸缩缝损伤检测主要采用人工定期检测的方式，这种方式存在以下的问题：(1)人工检测的主观性较强，不能对伸缩缝的损伤状态做出定量的判断；(2)人工检测通常会影响交通，并且缺乏历史数据的积累；(3)实时性较差，不能及时地发现伸缩缝损伤的发生，有可能影响到桥梁结构和行车的安全；(4)由于需要长期定期的指派维护工人进行现场查看，总体费用较高。因此，针对上述人工检测的缺点，迫切需要发展一种智能方法对桥梁伸缩缝的状态进行实时地损伤诊断。桥梁结构健康监测技术的发展为实现上述目的提供了契机^[2-3]，工程建设过程中可以在桥梁结构上敷设传感器，在桥梁运营期间长期地记录梁端的纵向变位、结构温度、交通荷载等数据，通过这些监测数据，桥梁管理人员就可以对伸缩缝的“健康”状态进行评估，为伸缩缝的维护、维修和管理决策提供依据和指导。

参考文献

[1]Chen Wai-Fah，Duan Lian.Bridge engineering handbook[M].Boca Raton：CRC Press，2000.

[2]李爱群，缪长青，李兆霞.润扬长江公路大桥结构健康监测系统研究[J].东南大学学报(自然科学版)，2003，33(5)：544-548.

[3]Ko J M，Ni Y Q.Technology developments in structural health monitoring of large-scalebridges[J].Engineering Structures，2005，27(12)：1715-1725.

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于梁端纵向位移异常监测的伸缩缝损伤诊断方法，解决现有检测技术的不足。

技术方案：本发明的基本思想是：由于在桥梁主梁的端部设置伸缩缝的目的就是为了满足主梁纵向变位的需要，因此，梁端纵向位移的变化规律就隐含了伸缩缝的状态信息，当伸缩缝发生损伤时，梁端纵向位移就会发生异常变化，基于这种位移的变化，就可以对桥梁伸缩缝的损伤进行识别。

但是，如背景技术中所述，在桥梁的运营状况下，温度、车辆荷载的作用将会引起梁端纵向位移在一个较宽的范围内波动(温度、车辆荷载引起梁端位移的原理见说明书附图1和图2)，这种波动将淹没或掩盖结构因伸缩缝损伤所造成的位移变化。因此，本发明的方法是：建立伸缩缝正常状态下的梁端纵向位移与温度、车辆荷载等环境条件的数学模型，在此基础上消除环境条件对纵向位移的影响，得到能够真正反映伸缩缝健康状态的纵向位移，并采用均值控制图的方法识别由伸缩缝损伤所引起的纵向位移异常变化，从而建立了能够对伸缩缝状态进行实时在线损伤诊断的智能方法。

本发明提出的基于梁端纵向位移的桥梁伸缩缝损伤诊断的智能方法为：

1)主梁梁端的纵向位移及桥梁环境条件传感器的设置

桥梁施工建设时，在主梁梁端位置设置纵向位移传感器，同时，在主梁的跨中位置安装温度传感器和加速度传感器，用以监测主梁的温度和由于车辆荷载引起的主梁竖向加速度；

2)监测数据的处理

以10-min为计算区间，对传感器获取的原始数据进行处理，计算梁端纵向位移、温度和车辆荷载的代表值；

3)完好状态下纵向位移和环境条件的数学相关模型

a)选取桥梁施工建成后n天的监测数据来建立相关模型，纵向位移D、温度T和车辆荷载代表值R，

b)采用线性回归的方法建立温度T和梁端纵向位移D之间的关系，回归模型参数由最小二乘方法计算得到，