一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法与流程

本发明涉及桥梁检测与养护，特别涉及一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法。

背景技术：

1、从大量已建成的桥梁工程中发现，开裂现象普遍存在。开裂破坏了混凝土结构的完整性，腐蚀性物质很容易通过裂缝穿透混凝土，影响混凝土的质量，降低其耐久性，且裂缝过大会导致桥梁承载力降低，严重则会出现下挠等许多安全问题。已有研究表明，其中一个引起裂缝出现并扩展的重要原因是温度变化，因为，结构在长期服役环境中，会直接受到气温、太阳辐射以及风的每日和季节性波动，这些环境因素引起的温度变化会导致相当大的应力，当温度变化所引起的应力超过其抗裂强度时，裂缝出现并迅速发展，因此有必要计算研究温度作用下裂缝宽度变化值。

2、申请号为cn202211169341.2的中国发明专利给出的一种超高性能混凝土受弯构件的裂缝宽度计算方法及系统，提出了裂缝宽度的计算方法，但其未考虑温度的影响。另有通过各种仪器测量裂缝变化的，如申请号为cn201911182766.5的中国发明所给出的裂缝宽度测量方法及装置，但采用仪器花费较高且过程较久，无法快速获取。另外，申请号为cn201710095030.9的中国发明专利提供的一种轨道板温度裂缝宽度的计算方法，虽考虑了温度作用，但因其计算的是温度荷载下轨道板最大裂缝宽度，轨道板裂缝宽度达到最大后保持不变，但桥梁在温度荷载作用下，裂缝宽度会不断随温度变化而变化，因此，该计算方法更适用于铁道工程，并不是适用于桥梁工程。因此，为解决上述问题，本发明提出一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，以快速计算温度变化下裂缝宽度变化值。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，有必要提供一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，该计算方法分别研究实际条件下桥梁结构受到均匀温度效应和梯度温度效应的影响，综合建立均匀温度、梯度温度与裂缝宽度变化之间关系的公式，同时基于材料特性随温度的变化对关系式进行修正，进而得到温度作用下裂缝宽度变化的计算公式。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，具体步骤如下：

4、s1、针对待测实桥，采用跨层级建模方法，分别得到均匀温度效应下温度变化与裂缝宽度变化间的关系式δw1和梯度温度效应下温度变化与裂缝宽度变化间的关系式δw2；其中，均匀温度指的是梁体上截面温度变化值δt1等于梁体下截面温度变化值δt2时的温度变化值，梯度温度指的是梁体上截面温度变化值δt1与梁体下截面温度变化值δt2相减所得的温度变化值；

5、s2、整合步骤s1所得的关系式δw1和关系式δw2，综合建立均匀温度、梯度温度与裂缝宽度变化之间的关系式δw；

6、s3、基于材料特性随温度的变化对关系式δw进行修正，得到修正后裂缝宽度变化计算公式δw′。

7、进一步地，在步骤s1中，跨层级建模方法包括如下步骤：

8、s1.1、根据待测实桥的桥梁结构，建立完整桥梁的简易仿真模型，并针对所得的简易仿真模型进行整体的升温和/或降温操作，以及梯度式的升温和/或降温操作，从而得到裂缝处的梁段在不同温度变化下的内力值；

9、s1.2、根据待测实桥裂缝段梁的结构，建立带有裂缝段梁的精细化仿真模型，通过施加内力在精细化仿真模型上，得到该梁段不同内力下的裂缝宽度变化值，所得的裂缝宽度变化值为均匀温度变化所对应的裂缝宽度变化值以及梯度温度变化所对应的裂缝宽度变化值；在该步骤中，在施加内力时，所施加内力的大小为步骤s1.1中所得的内力值；

10、s1.3、根据步骤s1.2中均匀温度变化所对应的裂缝宽度变化值以及梯度温度变化所对应的裂缝宽度变化值，用软件拟合得到均匀温度效应下温度变化与裂缝宽度变化间的关系式δw1和梯度温度效应下温度变化与裂缝宽度变化间的关系式δw2。

11、进一步地，在步骤s1.3中，关系式δw1满足以下关系：

12、δw1＝αδt2；

13、关系式δw2满足以下关系：

14、δw2＝β(δt1-δt2)；

15、上述中，α和β为拟合系数，其由软件根据步骤s1.2中均匀温度变化所对应的裂缝宽度变化值以及梯度温度变化所对应的裂缝宽度变化值拟合求得。

16、进一步地，在步骤s2中，关系式δw满足以下关系：

17、δw＝δw1+δw2。

18、进一步地，在步骤s3中，修正后裂缝宽度变化计算公式δw′满足以下关系：

19、

20、其中，a和b为修正系数，t0为初始基准温度。

21、进一步地，修正系数a和b根据待测桥梁的实际桥梁裂缝宽度和均匀温度变化值得到。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、1、本发明提出的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其分别研究实际条件下桥梁结构受到均匀温度效应和梯度温度效应的影响，综合建立均匀温度、梯度温度与裂缝宽度变化之间关系的公式，同时基于材料特性随温度的变化对关系式进行修正，进而得到温度作用下裂缝宽度变化的计算公式，通过所得的计算公式可用于快速评估连续刚构桥安全性时，评估温度对裂缝宽度变化的影响，或用于剔除温变效应对桥梁开裂扩展情况的干扰。

24、2、本发明提出的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，可以快速判断裂缝扩展是否由桥体结构性能劣化导致，从而指导桥梁状态监测与应急管理系统对于裂缝宽度变化的预警管理。

25、3、本发明适用性强，结构计算简单，操作便利，具有很高的推广价值。

技术特征：

1.一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其特征在于，在步骤s1中，跨层级建模方法包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其特征在于，在步骤s1.3中，关系式δw1满足以下关系：

4.如权利要求1所述的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其特征在于，在步骤s2中，关系式δw满足以下关系：

5.如权利要求1所述的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其特征在于，在步骤s3中，修正后裂缝宽度变化计算公式δw′满足以下关系：

6.如权利要求5所述的一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，其特征在于，修正系数a和b根据待测桥梁的实际桥梁裂缝宽度和均匀温度变化值得到。

技术总结
本发明提供一种温度作用下裂缝宽度变化的计算方法，具体步骤有：S1、针对待测实桥，采用跨层级建模方法，分别得到均匀温度效应下温度变化与裂缝宽度变化间的关系式和梯度温度效应下温度变化与裂缝宽度变化间的关系式；S2、整合步骤S1所得的关系式，综合建立均匀温度、梯度温度与裂缝宽度变化之间的关系式；S3、基于材料特性随温度的变化对关系式进行修正，得到修正后裂缝宽度变化计算公式。该计算方法分别研究实际条件下桥梁结构受到均匀温度效应和梯度温度效应的影响，综合建立均匀温度、梯度温度与裂缝宽度变化之间关系的公式，同时基于材料特性随温度的变化对关系式进行修正，进而得到温度作用下裂缝宽度变化的计算公式。

技术研发人员：王华,王龙林,谭国金,王希瑞,张子墨,何昕,杨雨厚
受保护的技术使用者：广西交科集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14