一种深水高桩承台基础预警方法及预警系统与流程

本发明涉及构筑物结构预警技术领域，具体来说是一种深水高桩承台基础预警方法及预警系统。

背景技术：

结构的预警模型一般是以结构失效或破坏灾害为预警目标，以灾害控制为目的，以健康监测技术为支持，在对灾变机理及故障规律深入研究的基础上，从自然、社会和经济等方面，综合考虑各类监测项目监测结果的不同影响，在时间和空间上对结构安全状态做出评估，保证结构的运营处于可靠、可控的状态；同时对可能发生的灾害事件做出及时报警，以便采取必要的消灾或避灾措施保障公众安全。从逻辑过程上具体分为寻找警源、动态监测、识别警兆、分析警情、预报警度等。因此，预警评估模型或系统是在健康监测的前提和基础上实现的，同时又是健康监测的提高和完善。

对于结构的安全预警评估，一般先根据其内在的机理和逻辑关系，合理地构造指标体系结构，使评价问题层次化；然后根据组成指标体系的各监测指标的特性,建立相应的评价模型将各类评估指标标准化；最后根据上述指标体系的层次化和数量化特征，采用一定的综合评判方法，实现结构的安全预警。

预警评估模型也是健康监测系统状态评估系统的重要组成部分，可以及时发现或预报结构的异常，保障结构的安全运营。桥梁结构预警系统通过对健康监测系统采集的结构响应数据进行处理与分析，实时掌握、评估桥梁结构的运营状态，当桥梁结构状态出现异常时及时进行报警，根据异常情况发出相应的指令，避免事故的发生或扩大，为桥梁的运营管理提供科学依据。

结构预警作为预警评估模型的第一个阶段，是结构评估的触发开关，只有当结构状态预警时，才会进行全桥构件的评估。因此，设计一个对结构信息反应迅速、灵敏，并能及时、自动判别结构异常和灾害征兆的结构预警模型具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有技术中缺少对深水高桩承台结构信息反应迅速、灵敏，并能及时、自动判别结构异常和灾害征兆的结构预警方法。

本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：

一种深水高桩承台基础预警方法，对深水高桩承台的多项检测项目进行检测；包括以下步骤：

s1.采集深水高桩承台基础各项检测项目的预警指标实测值；

s2.将各项检测项目的预警实测值与相应预设的阈值进行比较，并输出判定结果；判定结果预警等级为红色预警的检测项目进入步骤s3；

s3.结构综合评估：对预警等级为红色预警的检测项目各项预警指标实测值进行综合评估，得到最终评估等级。

优选的，所述s1具体采集深水高桩承台基础的结构耐久性实测值、基础冲刷实测值、基础沉降实测值、基础船撞实测值。

优选的，所述s2具体为：阈值包括黄色预警阈值、橙色预警阈值、红色预警阈值；

当实测值未超过阈值时返回s1；当实测值超过阈值黄色预警阈值时，启动黄色预警；当实测值超过橙色预警阈值时，启动橙色预警；当实测值超过红色预警阈值时，启动红色预警。

优选的，各项所述检测项目均分为若干项检测指标；当导致橙色预警的检测指标数超过设定数量，或同一项检测项目在设定时间间隔内连续发出超过设定次数的橙色预警，则转为红色预警。

优选的，步骤s3具体为：

s31.先根据预警指标实测值高出阈值的程度获得评分；

s32.再根据评分得出预警模型评估等级。

本发明还提供一种深水高桩承台基础预警系统，包括预警指标实测值采集模块、预警等级判断模块、结构综合评估模块；

所述预警指标实测值采集模块采集深水高桩承台基础的各项检测项目的各项预警指标实测值，并将预警指标实测值发送给预警等级判断模块；

所述预警等级判断模块将各项预警指标实测值与对应预设的阈值进行比较，并输出预警等级；

所述结构综合评估模块对预警等级为红色预警的检测项目各项预警指标实测值进行综合评估，得到最终评估等级。

优选的，所述预警指标实测值采集模块采集深水高桩承台基础的结构耐久性实测值、基础冲刷实测值、基础沉降实测值、基础船撞实测值。

优选的，阈值包括黄色预警阈值、橙色预警阈值、红色预警阈值；

经过所述预警等级判断模块的判断，当实测值未超过阈值，继续采集深水高桩承台基础的各项检测项目的各项预警指标实测值，并将预警指标实测值发送给预警等级判断模块；当实测值超过阈值黄色预警阈值时，发出黄色预警；当实测值超过橙色预警阈值时，发出橙色预警；当实测值超过红色预警阈值时，启动红色预警。

优选的，各项所述检测项目均分为若干项检测指标；当导致橙色预警的检测指标数超过设定数量，或同一项检测项目在设定时间间隔内连续发出超过设定次数的橙色预警，则转为红色预警。

优选的，所述结构综合评估模块先根据预警指标实测值高出阈值的程度获得评分；再根据评分得出预警模型评估等级。

本发明的优点在于：

通过将预警指标实测值与设置的预警阈值进行对比，从而判定主墩基础进入何种预警状态。且对红色预警时立即触发结构综合评估，全面深入评估结构构件的损伤情况。

通过评估结构，可及时了解承台基础目前结构情况，以合理的给出应对措施，避免不必要的损失。

附图说明

图1为本发明实施例1的预警方法流程图；

图2为本发明实施例1的预警评估流程图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例1

如图1所示，一种深水高桩承台基础预警方法，本实施提出的深水高桩承台基础预警方法，其预警的原理主要是通过将预警指标实测值与设置的预警阈值进行对比，从而判定主墩基础进入何种预警状态。预警的流程可主要分为以下几种情况：针对深水高桩承台的多项检测项目进行检测；包括以下步骤：

s1.采集深水高桩承台基础各项检测项目的预警指标实测值；具体采集深水高桩承台基础的

(1)结构耐久性指标：氯离子含量、混凝土保护层厚度、钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率；

(2)基础冲刷指标：基础冲刷深度；

(3)基础沉降指标：主墩基础不均匀沉降量；

(4)基础船撞指标：结构裂缝、钢筋及混凝土应变、墩顶转角。

s2.将各项检测项目的预警实测值与相应预设的阈值进行比较，并输出判定结果；阈值包括黄色预警阈值、橙色预警阈值、红色预警阈值；

预警阀值设置主要如下：

(1)结构耐久性指标：

①海中混凝土氯离子含量ccl

a.正常状态：ccl<0.15(混凝土中氯离子含量占水泥含量的百分比)；

b.黄色预警范围：0.15≤ccl＜0.7；

c.橙色预警范围：0.7≤ccl＜1.0；

d.红色预警范围：1.0≤ccl。

②混凝土保护层厚度d

混凝土保护层设计厚度ds＝80mm，则有：

a.正常状态：d＞0.95ds＝76mm；

b.黄色预警范围：0.85ds＝68mm＜d≤0.95ds＝76mm；

c.橙色预警范围：0.55ds＝44mm＜d≤0.85ds＝68mm；

d.红色预警范围：d≤0.55ds＝44mm。

③混凝土电阻率ρ

a.正常状态：ρ≥200kω·mm；

b.黄色预警范围：100kω·mm≤ρ＜200kω·mm；

c.橙色预警范围：50kω·mm≤ρ＜100kω·mm；

d.红色预警范围：ρ＜50kω·mm。

④钢筋腐蚀电位u

a.正常状态：u≥-200mv；

b.黄色预警范围：-200mv＜u≤-300mv；

c.橙色预警范围：-300mv＜u≤-500mv；

d.红色预警范围：u＜-500mv。

主墩基础冲刷预警指标阀值如下：

a.正常状态：h≤0.95hd＝26.5m；

b.黄色预警范围：0.95hd＝26.5m＜h≤1.0hd＝27.8m；

c.橙色预警范围：1.0hd＝27.8m＜h≤1.1hd＝30.5m；

d.红色预警范围：h＞1.1hd＝30.5m。

(3)基础沉降指标：

设计允许主墩基础之间不均匀沉降量δsd＝2.0cm，则建议有：

a.正常状态：δs＜0.95δsd＝1.9cm；

b.黄色预警范围：0.95δsd＝1.9cm≤δs＜δsd＝2.0cm；

c.橙色预警范围：δsd＝2.0cm≤δs＜1.4δsd＝2.8cm；

d.红色预警范围：δs≥1.4δsd＝2.8cm；

(4)基础船撞指标：

①裂缝宽度w

a.正常状态：w≤0.1mm；(基本无裂缝产生)；

b.黄色预警范围：0.1mm＜w≤0.15mm；(产生裂缝，且裂缝宽度不大)；

c.橙色预警范围：0.15mm＜w≤0.2mm；(混凝土继续开裂，裂缝宽度超标)；

d.红色预警范围：w≥0.2mm。(混凝土严重开裂，裂缝宽度严重超标)。

②钢筋及混凝土应变ξ

嘉绍大桥主墩基础承台采用c30混凝土，主墩基础主筋为hrb335钢筋，则建议有：

a.正常状态：εson＜εsn＝0.0033，εte＜εsy＝0.001675；

b.黄色预警范围：εson＞εsn＝0.0033，εte＜εsy＝0.001675；(产生裂缝，钢筋远屈服)

c.橙色预警范围：εson＞＞εsn＝0.0033，εte≤εsy＝0.001675；(混凝土开裂较严重，钢筋强度接近屈服点强度)

d.红色预警范围：εson＞＞εsn＝0.0033，εte＞εsy＝0.001675。(混凝土严重开裂，钢筋所受强度大于其屈服强度)

注：εson为混凝土拉应变，εsn为混凝土极限拉应变；εte为钢筋拉应变，εsy为钢筋屈服强度；>表示其超出的值不是很大，>>表示远远超出其后值。

③墩顶转角θ

基础墩顶转角θ的预警指标阀值如下：

a.正常状态：θ＜θs＝6.4×10^-4度；(墩顶转角未达到第一临界转角)

b.黄色预警范围：θ＝θs＝6.4×10^-4度；(墩顶转角刚刚到第一临界转角)

c.橙色预警范围：θs＝6.4×10^-4度＜θ＜θd＝1.0×10^-3度；(墩顶转角介于第一临界转角与第二临界转角之间)

d.红色预警范围：θd＝1.0×10^-3度＜θ＜5θd＝5.0×10^-3度。(墩顶转角大于第二临界转角但小于5倍的第二临界转角)。

当高桩承台基础的检测项目的预警指标实测值未超过预设的阈值时，不触发预警模型的预警状态并返回s1；当实测值超过阈值黄色预警阈值时，启动黄色预警；当实测值超过橙色预警阈值时，启动橙色预警；当实测值超过红色预警阈值时，启动红色预警，且红色预警相对于的检测项目进入步骤s3；

当导致橙色预警的检测指标数超过设定数量，或同一项检测项目在设定时间间隔内连续发出超过设定次数的橙色预警，则转为红色预警。

s3.结构综合评估：对预警等级为红色预警的检测项目各项预警指标实测值进行综合评估，得到最终评估等级。

s31.先根据预警指标实测值高出阈值的程度获得评分，如表1：

表1预警模型预警等级与指标层预警指标评分对应关系

s32.再根据评分得出预警模型评估等级，如表2：

表2预警模型结构评估等级与目标层预警指标体系评分对应关系

如图2所示，本实施例提出的深水高桩承台基础预警方法，其预警的原理主要是通过将预警指标实测值与设置的预警阈值进行对比，从而判定主墩基础进入何种预警状态。预警模型预警的流程可主要分为以下几种情况：

①当主墩基础的各项预警指标实测值未超过任何预警阈值时，不触发预警模型的预警状态并返回自动结构监测。

②当主墩基础的预警指标实测值有超过黄色预警阈值时启动黄色预警，对相关结构预警指标进行关注。

③当主墩基础的预警指标实测值有超过橙色预警阈值时启动橙色预警，对异常指标及时进行重点关注，并增加监测数据的采样频次；

④启动结构紧急预警评估有三种方式：一是主墩基础的预警指标实测值超过了红色预警阈值；二是结构响应指标中某项预警指标在一定时间间隔内连续发生多次橙色预警，或是结构响应指标中有三项或以上指标同时出现橙色预警；三是发生极端突发事件，如地震、超强台风、重大交通事故或船撞事件。红色预警时立即触发结构综合评估，全面深入评估结构构件的损伤情况。

主墩基础预警模型的结构综合评估

建立的深水高桩承台基础安全预警指标体系是一个三层指标体系，采用两级综合评价方法，由指标层各评估指标对上层评价目标的贡献开始逐层向上作出递阶综合评价，直至最高的目标层得到预警评估的评价结果。

深水高桩承台基础预警模型的结构评估，其流程为：

①根据指标层预警指标实测值的预警等级进行评分；

②根据指标层各项预警指标的权重及评分，得到准则层预警指标的评分；

③根据准则层各项预警指标的权重及评分，最后得到深水高桩承台基础目标层的综合评分，而后按目标层综合评分与结构评估等级的对应关系，对主墩基础结构做出综合评估。

实施例2

一种深水高桩承台基础预警系统，包括预警指标实测值采集模块、预警等级判断模块、结构综合评估模块；

所述预警指标实测值采集模块采集深水高桩承台基础的各项检测项目的各项预警指标实测值，并将预警指标实测值发送给预警等级判断模块；所述预警指标实测值采集模块采集深水高桩承台基础的结构耐久性实测值、基础冲刷实测值、基础沉降实测值、基础船撞实测值。

所述预警等级判断模块将各项预警指标实测值与对应预设的阈值进行比较，并输出预警等级；阈值包括黄色预警阈值、橙色预警阈值、红色预警阈值；

经过所述预警等级判断模块的判断，当实测值未超过阈值，继续采集深水高桩承台基础的各项检测项目的各项预警指标实测值，并将预警指标实测值发送给预警等级判断模块；当实测值超过阈值黄色预警阈值时，发出黄色预警；当实测值超过橙色预警阈值时，发出橙色预警；当实测值超过红色预警阈值时，启动红色预警。各项所述检测项目均分为若干项检测指标；当导致橙色预警的检测指标数超过设定数量，或同一项检测项目在设定时间间隔内连续发出超过设定次数的橙色预警，则转为红色预警。

所述结构综合评估模块对预警等级为红色预警的检测项目各项预警指标实测值进行综合评估，得到最终评估等级。结构综合评估模块先根据预警指标实测值高出阈值的程度获得评分；再根据评分得出预警模型评估等级。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。