基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁健康监测技术领域，尤其是涉及一种基于挠度监测的连续刚构桥 预应力损伤识别方法。
【背景技术】
[0002] 连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连 续-刚构桥，均采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩采用墩梁固结，具有T形刚构桥的 优点。目前，我国公路干线上已经修建了大量的预应力连续梁桥（也称为"连续刚构桥"）， 其中部分在用的连续刚构桥均不同程度地出现跨中下挠、腹板与底板开裂等病害，这个问 题很早就受到了国内外桥梁界的广泛关注，但是至今未得到很满意的解决。从诸多运营期 连续刚构桥梁的典型病害可以看出，主梁下挠和梁体裂缝的出现，多与预应力衰减有关。因 此，及时掌握结构有效预应力状态，对保证结构安全运营尤为重要。
[0003] 桥梁预应力损伤的检测对桥梁评估及维修加固具有极其深远的意义，如果不能准 确地检测结构的预应力损伤程度，将无法准确掌握桥梁状况，导致维修加固针对性差，预应 力损伤过大时，还可能发生重大事故，造成人民生命财产的损失。
[0004] 目前，预应力损伤检测方法主要有以下两种：一种是将原结构开孔使钢绞线暴露， 然后采用测试设备进行测试，这种方法费时费力，对结构有一定损伤，且只能掌握凿开部分 的预应力损伤状况，对桥梁结构整体有效预应力状态的把握程度有限；另一种是无损检测 技术，由于其对结构损伤小，能快速宏观掌握结构状况，因而发展较快，是研宄的热点，也取 得了一定的成果，但尚未有完整研宄成果，检测结果的可靠性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于挠度 监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果 好，能简便完成连续刚构桥的预应力损伤识别过程，并且识别结果的可靠性较高。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于挠度监测的连续刚构 桥预应力损伤识别方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一、桥梁挠度监测系统建立：所监测桥梁施工完成后，建立对所监测桥梁进行 挠度监测的桥梁挠度监测系统；
[0008] 所述桥梁挠度监测系统包括η个对所布设位置处的挠度数据进行实时监测的挠 度监测装置和一个与η个所述挠度监测装置相接的数据采集装置，所述数据采集装置与数 据处理设备相接；其中，η为正整数且η彡3 ;
[0009] η个所述挠度监测装置均布设在所监测桥梁的主梁上，且η个所述挠度监测装置 沿所监测桥梁的纵桥向由前至后布设；η个所述挠度监测装置分别布设在η个所述挠度监 测点上；η个所述挠度监测点的编号分别为1、2、…、η ;
[0010] 所监测桥梁为连续刚构桥，所述连续刚构桥的主梁为混凝土梁，且主梁的顶板和 底板内均设置有预应力钢筋束，所述预应力钢筋束呈通长布设；所述主梁的跨数为m跨且 其由m个沿纵桥向由前至后布设的梁段拼接而成，前后相邻两个所述梁段之间通过一个 桥梁下部支撑结构进行支撑，所述桥梁下部支撑结构的数量为m-Ι个，其中m为正整数且 m ^ 2 ;
[0011] 步骤二、桥梁挠度监测：通过所述桥梁挠度监测系统，对主梁上η个挠度监测点的 挠度数据分别进行实时监测，并将监测得到的挠度监测数据同步传送至数据处理设备；
[0012] 本步骤中，所述桥梁挠度监测系统监测得到的每个挠度监测点的挠度数据，均为 该挠度监测点所处位置处因预应力损失和混凝土收缩与徐变引起的挠度数据；
[0013] 步骤三、预应力损伤识别：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统所监测的挠度监 测数据，采用数据处理设备对所监测桥梁的预应力损伤程度进行识别，过程如下：
[0014] 步骤301、桥梁有限元模型建立：通过数据处理设备且调用有限元分析软件，建立 所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型；
[0015] 所述桥梁结构空间仿真模型为对所监测桥梁进行空间结构仿真分析的有限元模 型；
[0016] 步骤302、桥梁挠度监测数据处理：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同 监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备且调用回归计算模 块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线；
[0017] 其中，每个挠度监测点的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置的挠度监测数 据随时间变化的曲线；
[0018] 步骤303、预应力损失引起的挠度数据获取：采用数据处理设备且根据步骤301中 所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土 收缩与徐变引起的挠度数据；之后，根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变 引起的挠度数据，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因 预应力损失引起的挠度变化曲线；
[0019] 其中，每个挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处 位置因预应力损失引起的挠度数据随时间变化的曲线；
[0020] 步骤304、损伤识别刚度矩阵建立，过程如下：
[0021] 步骤3041、预应力钢筋束分组及编号：先对主梁内所设置的预应力钢筋束进行分 组，将主梁内所设置预应力钢筋束分为M个预应力钢筋束组；再对M个所述预应力钢筋束组 进行编号，M个所述预应力钢筋束组的编号分别为1、2、…、M ;其中M = 2或2m-l，每个所 述预应力钢筋束组中所有预应力钢筋束的预应力损伤程度均相同；
[0022] 当M = 2时，2个所述预应力钢筋束组包括一个布设在主梁的顶板内的顶板预应力 钢筋束组和一个布设在主梁的底板内的底板预应力钢筋束组；
[0023] 当M = 2m-l时，2m-l个所述预应力钢筋束组包括m个分别布设在m个所述梁段的 底板内的跨底预应力钢筋束组和m-Ι个分别布设在m-Ι个所述桥梁下部支撑结构上的跨顶 预应力钢筋束组，m-Ι个所述跨顶预应力钢筋束组均位于主梁的顶板内；
[0024] m个所述梁段中位于最前侧的梁段和位于最后侧的梁段均为边跨梁段，m个所述 梁段中除两个所述边跨梁段之间的梁段均为中部梁段，所述中部梁段的数量为m-2个；所 述顶板预应力钢筋束组以m-2个所述中部梁段的中点为界分为m-Ι个所述跨顶预应力钢筋 束组，所述底板预应力钢筋束组以m-1个所述桥梁下部支撑结构为界分为m个所述跨底预 应力钢筋束组；
[0025] 步骤3042、损伤识别刚度矩阵建立：根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁 空间结构仿真模型，采用数据处理设备建立损伤识别刚度矩阵A ;
[0026] 所述损伤识别刚度矩阵A为nXM阶矩阵，损伤识别刚度矩阵A中第i行第j列的 元素记作A ij，其中i和j均为正整数，i = l、2、"·、η，j = l、2、"'MJij表示当编号为 j的预应力钢筋束组的预应力损失a%时，编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度 数据；当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a%时，编号为j的预应力钢筋束组的预 应力损失程度为a%，其中a%为预先设计的用于建立损伤识别刚度矩阵的预应力损失程 度值，a%彡50% ;
[0027] 其中，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A2或矩阵A M;
[0028] 当M = 2时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A2，矩阵
【主权项】
1. 一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于该方法包括以下 步骤： 步骤一、桥梁挠度监测系统建立：所监测桥梁施工完成后，建立对所监测桥梁进行挠度 监测的桥梁挠度监测系统； 所述桥梁挠度监测系统包括η个对所布设位置处的挠度数据进行实时监测的挠度监 测装置（3)和一个与η个所述挠度监测装置（3)相接的数据采集装置（4)，所述数据采集装 置（4)与数据处理设备（2)相接；其中，η为正整数且η彡3 ; η个所述挠度监测装置（3)均布设在所监测桥梁的主梁上，且η个所述挠度监测装置 (3)沿所监测桥梁的纵桥向由前至后布设；η个所述挠度监测装置（3)分别布设在η个所述 挠度监测点上；η个所述挠度监测点的编号分别为1、2、···、!!； 所监测桥梁为连续刚构桥，所述连续刚构桥的主梁（1)为混凝土梁，且主梁（1)的顶板 和底板内均设置有预应力钢筋束，所述预应力钢筋束呈通长布设；所述主梁（1)的跨数为m 跨且其由m个沿纵桥向由前至后布设的梁段拼接而成，前后相邻两个所述梁段之间通过一 个桥梁下部支撑结构进行支撑，所述桥梁下部支撑结构的数量为m-Ι个，其中m为正整数且 m ^ 2 ; 步骤二、桥梁挠度监测：通过所述桥梁挠度监测系统，对主梁（1)上η个挠度监测点 的挠度数据分别进行实时监测，并将监测得到的挠度监测数据同步传送至数据处理设备 (2)； 本步骤中，所述桥梁挠度监测系统监测得到的每个挠度监测点的挠度数据，均为该挠 度监测点所处位置处因预应力损失和混凝土收缩与徐变引起的挠度数据； 步骤三、预应力损伤识别：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统所监测的挠度监测数 据，采用数据处理设备（2)对所监测桥梁的预应力损伤程度进行识别，过程如下： 步骤301、桥梁有限元模型建立：通过数据处理设备（2)且调用有限元分析软件，建立 所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型； 所述桥梁结构空间仿真模型为对所监测桥梁进行空间结构仿真分析的有限元模型； 步骤302、桥梁挠度监测数据处理：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测 时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备（2)且调用回归计算模 块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线； 其中，每个挠度监测点的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置的挠度监测数据随 时间变化的曲线； 步骤303、预应力损失引起的挠度数据获取：采用数据处理设备（2)且根据步骤301中 所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土 收缩与徐变引起的挠度数据；之后，根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变 引起的挠度数据，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因 预应力损失引起的挠度变化曲线； 其中，每个挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置 因预应力损失引起的挠度数据随时间变化的曲线； 步骤304、损伤识别刚度矩阵建立，过程如下：