[發明專利]一種全新的混凝土平面裂縫預測評估和圖形化輸出方法

在審

• 申請號: 201310552473.8
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN104634785A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 韓達光;張興斌;林松濤;李學飛;梁寧博;楊永光;馬曉鑫;馬鵬飛
• 申請（專利權）人: 中冶建筑研究總院有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/16
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 謝安昆;宋志強

技術領域

本發明涉及一種建構筑物中評估混凝土表面是否出現裂縫及其預測出現的裂縫的位置的方法，可實現遠程非接觸的對大型建筑物混凝土平面的開裂情況進行檢測。?

背景技術

裂縫出現的程度是控制結構安全性、穩定性、抗腐蝕性的重要基本參數之一。當前，工程師對混凝土建構筑物的裂縫，多是當裂縫在一定距離內通過肉眼可見，或出現大變形時才進行測量和檢測工作，進而驗算其是否符合設計要求，以及檢查其他可能產生裂縫的原因。這種裂縫檢查是后知后覺的，無法從根本上杜絕危險的出現。?

另外，對于諸多大型建構筑物，如大跨度樓板、屋面板、橋梁、隧道、混凝土儲油罐、保護殼、尾礦壩等大型、高聳結構等，難以實現近距離測量的位置，人工檢測的方法顯然是無法滿足對其進行裂縫監測的要求。?

而當前對這類變形和裂縫監測方法主要采用堵的辦法，即在橋梁、隧道等出現較大變形（肉眼可觀測），或儀器取特征點觀測發現較大變形的時候，工程師根據變形位置近距離尋找裂縫，并測量裂縫間距和寬度。由于監測手段只能夠選取有限特征點，采用全站儀或其他測量手段單點測量，因此往往以后大量可能發生危險的薄弱環節。其對建構筑物的變形的后知后覺及局部性，造成了眾多的結構安全隱患。?

發明內容

為了解決上述現有技術不足之處，本發明主要針對單向彎曲的混凝土構件，提出一種采用三維激光掃描技術對混凝土構件進行掃描和建模，從而所獲得的模型數據進行對比分析和計算，不僅能夠確定已經出現的裂縫，而且能夠預測將要出現裂縫的位置。?

該方法中的三維激光掃描技術，被認為是繼GPS空間定位系統之后測繪技術領域的一項革命性突破，具有非接觸性，快速性，實時、動態、主動，且高密度、高精度，數字化、自動化等特性，并且正在逐步被應用在工程中。三維激光掃描儀通過掃描混凝土表面，獲得密集的“點云”，從而將目標物體表面的信息采集下來。但是因為其精度為幾毫米到幾厘米不等，對低于這個精度的裂縫并不能直接獲得。因此需要將兩次采集的數據信息進行擬合，從而得到混凝土構件變形的相對曲率，再利用一種反向計算的理論方法，將三維點云數據信息反向推演得到裂縫位置、間距和寬度信息，或者可能出現裂縫的程度，進而繪制開裂情況程度分布圖，形成一種全新的混凝土表面變形和開裂監測方法和手段。?

該方法分為以下幾個步驟：?

1.初始狀態數據掃描：用三維激光掃描儀對需要預測裂縫的平面的初始狀態進行掃描，?根據獲得的點云數據建立三維模型。如果不是預測相對變形情況下的開裂情況，則初始狀態可看做未發生變形，曲率為零，可省略這一步驟；?

2.變形狀態數據掃描：在混凝土平面受到一定應力作用時的狀態進行掃描，得到混凝土平面的三維變形變化；?

3.曲率提取：將步驟1和步驟2的掃描數據輸入計算機，通過點云數處理軟件進行同坐標系融合。這個時候，平面發生彎曲的部分可從三維模型中直觀的呈現出來。然后對平面的彎曲區域進行曲面剖切，可得到混凝土表面各點彎曲的曲率。找到曲率最大的方向和截面，接下來對該位置是否開裂進行分析。?

4.計算最大曲率位置的受拉區平均高度：當混凝土平面發生彎曲時，凸面會受到拉力，凹面會受到壓力，而兩個面中間會有一個面受到的拉力和壓力平衡，我們稱之為中性軸。因為開裂會發生在受拉表面，而我們要計算受拉表面是否開裂，除了知道曲率之外，還需要獲得受拉區的高度。首先可根據根據截面內鋼筋配置以及混凝土性質等參數計算確定截面的平均受壓區高度，受拉區高度則為混凝土厚度和受壓區平均高度之間的差值。?

5.計算最大曲率位置的拉應變：根據步驟3中得到的曲率和步驟4中的受拉區高度，二者的乘積可計算單位長度內混凝土表面的平均應變ε_f，m；?

6.根據混凝土的各參數，查表得到混凝土開裂時臨界狀態的臨界應變值ε_t，k；?

7.比較ε_f，m與ε_t，k的大小：①當ε_f，m＜ε_t，k，說明混凝土表面未開裂；②當ε_f，m>ε_t，k混凝土表面開裂；③當ε_f，m≈ε_t，k，則最大曲率位置為開裂臨界截面。?

8.繪制等曲率圖：根據步驟7的比較結果，按照步驟3中提取曲率方法，繪制開裂位置的等曲率圖，并在未開裂位置繪制等曲率圖，表明接近開裂的程度。最后，將結果進行圖形輸出。?