一种钢箱梁疲劳裂纹开裂位置的定位编码方法与流程

本发明属于钢桥维护技术领域，具体涉及钢箱梁疲劳裂纹开裂位置定位及编码方法。

背景技术：

钢箱梁因其自重轻、承载能力大、抗风稳定性好、便于工厂化制造等特点，广泛应用于大跨/特大跨桥梁的中。钢箱梁的构造较为复杂，内部由众多纵肋和横肋交错焊接，形成了正交异性钢桥面板体系。但由于其板厚较薄，车载荷载作用下应力影响线端，局部焊接残余应力大等原因使得钢箱梁的正交异性钢桥面板的疲劳问题较为严重。疲劳裂纹往往在顶板、纵肋和横肋三者焊接的部位产生，并且发展迅速。目前在对疲劳裂纹检查过程中，往往只记录对应的具体位置以及粗略的长度，其他裂纹信息通常被忽略，比如具体的萌生部位、裂纹扩展路径等。采用人工拍照的方式能够较为准确地记录疲劳裂纹扩展过程中地重要信息，但由于相应技术手段缺乏，只能采用手持式相机或手机进行拍照，并且需要双手的支撑以及辅助操作，在钢箱梁内无法提高效率。同时，在利用现有手段进行拍照采集时，照片中仍缺少裂纹在桥梁中具体位置的信息，使得在后期照片整理过程中容易产生丢失、新增、对不上等情况的发生，严重影响疲劳裂纹信息采集的准确性。

技术实现要素：

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：步骤1：桥梁gis平面坐标系的建立：首先，通过gis对大跨桥梁的桥面板的地理位置，按照东南西北四个方向进行划分；然后，设置桥梁的原点，以该原点将大桥车道分为西侧行车道和东侧行车道；接着，以大桥管理中心为原点，对大桥上钢箱梁按照离大桥管理中心由近到远依次编号，同时对钢箱梁的桥面u肋按照由两侧向中间的顺序依次编号，其中：设在西侧行车道上的桥面u肋的编号前添加符号“+”，设在东侧行车道上的桥面u肋的编号前添加符号“-”；

步骤2：对钢箱梁桥面板的主要构件以及焊缝进行编号，所述主要构件包括顶板、u肋、横隔板和加劲肋；

步骤3：针对u肋的局部结构单位建立局部坐标系统，用于划分u肋四周裂纹的具体开裂位置；

步骤4：对u肋四周裂纹的具体开裂位置进行划分和编码；

步骤5：对经过划分和编号后的开裂位置信息进行组合编码。

进一步改进，所述桥梁的原点选择大桥管理中心。

进一步改进，所述u肋四周裂纹的开裂位置的编码包括空间位置信息和局部位置信息，所述空间位置信息包括横隔板号、u肋号和裂纹代号，所述局部位置信息包括裂纹在局部坐标系中的位置编码；所述开裂位置的编码通过条形码或bim技术进行读取和解析。

进一步的，所述钢箱梁桥面板的主要构件以字母作为代号，且顶板、u肋、横隔板和加劲肋按优先级先后排序，主要构件之间的焊缝以两者之间的字母代号按照优先级先后进行组合编码。

进一步的，针对独立的钢箱梁单元建立各自的u肋结构单元的局部坐标系，以u肋结构单元的中心建立十字坐标，以第四象限为首位并标记为序号“1”，并按顺时针对其他象限依次标记阿拉伯数字序号，u肋开裂位置通过u肋编号与开裂所处象限的序号的组合进行编码。

进一步的，所述横隔板母材的裂纹位置按照东西上下四个方位进行方位数字编号，并以横隔板代号与裂纹方位数字编号的组合作为横隔板裂纹的编码。

进一步的，所述顶板与u肋之间的焊缝裂纹的位置以该焊缝裂纹相对横隔板的南北方向，以及相对u肋的东西方向进行方位数字编号，然后将该处焊缝裂纹的顶板与u肋的编码，组合该方位数字编号形成顶板与u肋之间的焊缝裂纹的组合编码。

进一步的，所述u肋母材的裂纹位置，以该裂纹相对横隔板的南北上下方向，以及相对u肋的东西方西方向进行方位数字编号，然后将该处裂纹的u肋的编码，组合该方位数字编号形成u肋母材的裂纹的组合编码。

进一步的，所述相邻u肋的对接焊缝裂纹位置，以该焊缝裂纹相对u肋的东西方西以及底部进行方位数字编号，然后将该处裂纹的u肋的编码，组合该方位数字编号形成相邻u肋的对接焊缝裂纹的组合编码。

进一步的，所述横隔板与加劲肋的焊缝裂纹位置，以该焊缝裂纹相对加劲肋的东西方西以及顶部进行方位数字编号，然后将该处裂纹的横隔板和加劲肋的编码，组合该方位数字编号形成横隔板与加劲肋的焊缝裂纹的组合编码。

有益效果：本发明提出了一套通用性和可识别性较强的钢箱梁疲劳裂纹开裂位置定位及编码方法，通过五个具体步骤实现了大跨桥梁钢箱梁疲劳裂纹在纵桥向、横桥向、内部空间及具体扩展方向的准确定位。同时，所提出的定位方法可适用于不同类型、不同走向的大跨桥梁钢箱梁的疲劳裂纹定位。通过标准化的定位和编码，有效提高了钢箱梁现场检查及室内对比分析的效率，可促进钢箱梁养护的标准化进程。本发明的编码方法通过与条形码技术、bim技术、人工智能技术等相互集成，进一步实现了钢箱梁疲劳裂纹定位及编码的智能化管理。

附图说明

图1是钢箱梁疲劳裂纹开裂位置定位和编码的示例性流程示意图；

图2是桥梁gis地理位置信息和行车道定位平面示意图；

图3是桥梁走向示意图；

图4是钢箱梁横断面图；

图5是钢桥面板体系透视图；

图6是u肋结构单元的局部坐标系；

图7是横隔板母材裂纹的位置示意图；

图8是顶板与u肋焊缝裂纹的位置示意图；

图9是u肋母材裂纹的位置示意图；

图10是u肋对接焊缝裂的位置纹示意图；

图11是横隔板与加劲肋焊缝裂纹的位置示意图；

图12是疲劳裂纹开裂位置信息编码示例图。

其中，大跨桥梁1，北侧桥塔11，南侧桥塔12，西侧行车道13，东侧行车道14，大桥管理中心100，gis地理位置坐标21，河流3，河岸31，钢箱梁4，顶板41，u肋42，横隔板43，加劲肋44，底板45，顶板与u肋焊缝4142，顶板与横隔板焊缝4143，u肋对接/嵌补段焊缝4242，u肋与横隔板焊缝4245，横隔板与加劲肋焊缝4344，u肋结构单元局部坐标系22，东侧上部横隔板裂纹51，东侧下部横隔板裂纹52，西侧下部横隔板裂纹53，西侧上部横隔板裂纹54，东侧沿北侧扩展的顶板与u肋焊缝裂纹611，东侧沿南侧扩展的顶板与u肋焊缝裂纹612，西侧沿北侧扩展的顶板与u肋焊缝裂纹621，西侧沿南侧扩展的顶板与u肋焊缝裂纹622，东侧上部沿北侧扩展的u肋母材裂纹711，东侧上部沿南侧扩展的u肋母材裂纹712，东侧下部沿北侧扩展的u肋母材裂纹721，东侧下部沿南侧扩展的u肋母材裂纹722，西侧下部沿北侧扩展的u肋母材裂纹731，西侧下部沿南侧扩展的u肋母材裂纹732，西侧上部沿北侧扩展的u肋母材裂纹741，西侧上部沿南侧扩展的u肋母材裂纹742，东侧u肋对接焊缝裂纹81，底部u肋对接焊缝裂纹82，西侧u肋对接焊缝裂纹83，上部横隔板与加劲肋焊缝裂纹91，东侧横隔板与加劲肋焊缝裂纹92，西侧横隔板与加劲肋焊缝裂纹93，裂纹位置信息2，空间位置信息21a，局部特征信息21b，示例性编码一201，示例性编码二202。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明的钢箱梁疲劳裂纹开裂位置的定位编码方法，主要涉及五个步骤，步骤一是建立桥梁gis平面坐标系，步骤二是对主体构件编号及命名，步骤三是建立u肋结构单元局部坐标，步骤四是开裂位置划分和编号，步骤五是裂纹位置信息编码。

所述桥梁gis平面坐标系包括整体坐标方位系统，横断面行车道方位、横隔板编号和u肋编号：

所述整体坐标方位系统依据大跨桥梁的gis地理位置坐标，确定所述大跨桥梁以及钢箱梁整体的东南西北方向。

所述横断面行车道方位依据所述整体坐标方位系统进行划分。

所述横隔板编号依据所述整体坐标方位系统以及大桥管理中心坐落位置，从靠近所述大桥管理中心的第一道横隔板由近及远依次采用阿拉伯数字顺序编号。

所述u肋编号依据钢箱梁横断面特征，由两侧分别向中间依次采用阿拉伯数字对称编号，并通过所述横断面行车道方位，在对应编号前添加正负号以示区分。

所述主体构件编号及命名依据钢箱梁主要构件的组成形式可以分为顶板、u肋、横隔板、加劲肋，针对每种构造细节采用对应的英文大写首字母表示，当首字母相同时，采用前两位字母表示，首字母仍大写。在主要构造细节中，依据上下层级之间关系划分所述顶板、所述u肋、所述横隔板和所述加劲肋之间的优先级，并在对应焊缝命名中将优先级高的构造所对应的字母放在首位，然后将焊缝所连接的构造对应的字母进行直接组合作为对应焊缝名称。

所述u肋结构单元局部坐标利用钢箱梁重复的u肋构造特征，以每个单独u肋以及对应的附属结构为基本单元。依据所述gis地理位置坐标对每个基本单元分别建立单独的局部坐标系，以划分每个单元上上下左右部位的裂纹位置。

所述开裂位置划分和编号依据钢箱梁桥面板典型疲劳开裂特征，对每一构造细节、每条焊缝可能产生的潜在裂纹进行编号。编号的规则结合每条裂纹产生的位置，采用“部位-阿拉伯数字”的方式进行划分。所述部位与裂纹开裂位置有关，所述部位名称与所述构件或焊缝的字母有关，所述阿拉伯数字结合所述u肋结构单元局部坐标按照逆时针顺序进行编号。

所述裂纹位置信息编码采用“横隔板号，u肋号，裂纹号”的方式，所述横隔板号和u肋号均为阿拉伯数字，采用所述步骤一的方法进行编号。将所述横隔板号和所述u肋号进行组合，反映了裂纹在大跨桥梁纵桥向和横桥向的具体空间位置信息。所述裂纹号采用所述步骤四的方法进行编号，反映了裂纹在钢箱梁内部的局部特征信息。通过所述空间位置信息和所述局部特征信息两者组合，能够准确的反映裂纹在大跨桥梁中具体位置和特征。

以下通过实施例进行具体说明：

如图2～4所示，本发明钢箱梁疲劳裂纹开裂位置定位方法利用gis地理位置坐标21对大跨桥梁1的方位进行划分，分为东南西北四个方向。在此基础上，结合大桥管理中心100的坐落位置，将车道分为西侧行车道13和东侧行车道14。将靠近大桥管理中心100的第一道钢箱梁4横隔板43作为“1号”横隔板，由北向南依次递增进行编码，直至最后一道横隔板。钢箱梁4内的桥面板u肋42按照由两边向中间依次递增的规则进行对称编号。将西侧行车道13和东侧行车道14所对应的u肋42号码分别用“+”、“－”符号表示，其中“+”号通常可以省略，“－”号必须标识。通过以上划分，确定了疲劳裂纹在纵桥向、横桥向的具体位置，并且相应的编号直接与gis地理位置坐标21相关联，避免了人为的相对坐标，即左侧和右侧。不同走向的桥梁可根据自身情况进行适当调整。

如图5所示，据目前统计分析，国内外钢箱梁疲劳裂纹的产生部位均位于钢桥面板体系中，底板以及其他部位的疲劳裂纹暂无相关报道。大跨桥梁1钢箱梁4的桥面板主要由顶板41，u肋42，横隔板43以及加劲肋44组成，其中加劲肋44的具体位置根据钢箱梁4的设计有关，不同桥梁存在差异。各个构件采用英文首字母命名法，对于首字母相同时选取前两位进行区分，如下表：

各构件的优先级顺序按照从上到下规则，优先级依次减小，即顶板41优先级最大，加劲肋优先级最小。依据各构件的优先级顺序，焊缝的命名按照各构件指代字母的组合方式确定，即顶板与u肋焊缝4142，顶板与横隔板焊缝4143，u肋对接焊缝4242，u肋与横隔板焊缝4243，横隔板与加劲肋焊缝4344等，见下表：

如图6所示，钢箱梁4桥面板可以认为由多个重复的u肋结构单元组成，针对每个独立单元分别建立各自的u肋结构单元局部坐标系22，并按照逆时针方向，采用数字对u肋42四周潜在开裂位置进行区分。

图7～11所示，为钢箱梁4桥面板体系主要疲劳裂纹可能产生部位划分及命名。其中，图7为横隔板母材裂纹的示意图，依据gis地理位置坐标21和u肋结构单元局部坐标系22，将此类裂纹划分为四类，即东侧上部横隔板裂纹51、东侧下部横隔板裂纹52、西侧下部横隔板裂纹53、西侧上部横隔板裂纹54。然后按照命名规则，将每条裂纹赋予对应的编码，即

图8所示，为顶板与u肋焊缝裂纹示意图。由于此类裂纹沿横隔板43两侧分别扩展，并且考虑横隔板对视线阻挡的影响和不对称式扩展，对于此类裂纹进一步划分了扩展方向，即

图9所示，为u肋母材裂纹示意图。命名方法与图7中的顶板与u肋焊缝裂纹一致，即

图10所示，为u肋对接焊缝部位裂纹示意图。具体命名如下

图11为横隔板与加劲肋焊缝裂纹。具体命名如下

如图12，将裂纹具体位置的横隔板号，u肋号，裂纹号三个信息按照顺序进行组合，从而形成钢箱梁疲劳裂纹位置信息2的编码方法。该信息编码2由空间位置信息21a、局部特征信息22a组成，可充分呈现疲劳裂纹在大跨桥梁1纵桥向、横桥向以及局部的位置，实现疲劳裂纹的准确定位。示例性编码一201和示例性编码二202分别给出了东侧行车道14和西侧行车道13位置的编码，其中示例性编码一201表示在120号横隔板，东侧行车道位置的第6根u肋东侧产生了沿北侧扩展的顶板与u肋焊缝裂纹；示例性编码二202表示在第95号横隔板，西侧行车道位置的第12跟u肋东侧下部产生了横隔板母材裂纹。