[發明專利]一種基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構健康監測方法

有效

• 申請號: 202011615586.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112798640B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 申志福;王立剛;孫晉晶;王志華;高洪梅
• 申請（專利權）人: 南京吉歐地下空間科技有限公司;南京福歐地下空間數據科技有限公司;南京工業大學
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16;G01D21/02
• 代理公司: 南京瑞華騰知識產權代理事務所(普通合伙) 32368
• 代理人: 邱歡歡

1.一種基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構健康監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

在地下結構的內表面指定n個監測點，在每一監測點布置一個溫度傳感器和兩個應變傳感器，所述兩個應變傳感器為方向相互垂直設置的第一應變傳感器和第二應變傳感器；

在一個評價周期內采集溫度傳感器測得的m個溫度值T_i,j、第一應變傳感器測得的m個第一應變值ε_I,i,j和第二應變傳感器測得的m個第二應變值ε_II,i,j，其中，i表示第i個監測點，i≤n，j表示一個評價周期中該傳感器采集的第j個數據，j≤m，m為一個評價周期內的采集次數；

根據所述第一應變值ε_I,i,j和溫度值T_i,j計算第一熱膨脹系數α_I,i和第一荷載應變根據所述第二應變值ε_II,i,j和溫度值T_i,j計算第二熱膨脹系數α_II,i和第二荷載應變

當某一監測點的第一荷載應變或第二荷載應變超過報警閾值時，則認為該監測點附近存在結構損傷風險，發出預警信息；

第一熱膨脹系數α_I,i和第一荷載應變的計算方式如下：

1)在范圍內等距確定k個備選α_I,i值，其中，為鋼筋混凝土材料在無約束狀態下的典型熱膨脹系數；對每個備選α_I,i值計算以下皮爾遜相關系數ρ：

其中，為平均第一應變，為平均第一應變，

2)繪制曲線，在曲線上找到使得ρ²最小的α_I,i值即為待求解的第一熱膨脹系數α_I,i；

3)第一荷載應變的計算方式為：

其中，ε_I,i,1、T_i,1分別為監測點i處在一個評價周期內采集的第一個第一應變值和第一個溫度值，為監測點i處在一個評價周期內采集的第一個第一荷載應變；

通過上述方式計算獲得第二熱膨脹系數α_II,i和第二荷載應變

2.根據權利要求1所述的基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構健康監測方法，其特征在于，還包括：

求解歸一化熱膨脹系數，建立4個熱膨脹系數歐式距離矩陣，具體包括：

1)、求解歸一化第一熱膨脹系數和歸一化第二熱膨脹系數

2)、建立4個熱膨脹系數歐式距離矩陣EDM₁、EDM₂、EDM₃、EDM₄，其統一形式為：

其中，p分別取值為1、2、3、4，D_ia表示第i個監測點與第a個監測點之間熱膨脹系數的差值的絕對值；

對EDM₁有

對EDM₂有

對EDM₃有

對EDM₄有

用ΔEDM₁、ΔEDM₂、ΔEDM₃、ΔEDM₄表示4個熱膨脹系數歐式距離矩陣各自的前后兩個評價周期的差值絕對值矩陣，如ΔEDM₁、ΔEDM₂、ΔEDM₃、ΔEDM₄中任何一個矩陣中有至少一行或一列的值超過設定閾值，則認為識別出的異常列或異常行對應的監測點附近存在較大結構損傷風險，發出預警信息。

3.根據權利要求1所述的基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構健康監測方法，其特征在于，所述監測點的位置選擇在結構較脆弱或外部荷載較大或破壞后果較嚴重的部位，當地下結構在各部位相差不大時，采用均勻布點。

4.根據權利要求1所述的基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構健康監測方法，其特征在于，在一個評價周期內均勻間隔采集取樣，所述一個評價周期不小于24小時，以覆蓋一個完整的溫度升降周期。

5.根據權利要求1所述的基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構健康監測方法，其特征在于，每三個監測點設置在地下結構的一個監測斷面上。