[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

本發明公開了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。該方法包括在地下結構的內表面布置溫度和應變傳感器；采集地下結構的溫度和應變監測數據；計算荷載應變和熱膨脹系數；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；根據荷載應變，前、后兩個評價周期的歐式距離矩陣變化研判地下結構損傷。本發明的方法可更大程度上消除傳感器誤差的影響，對結構損傷識別將更加敏感與準確，可充分利用現有監測中常用的應變和溫度傳感器數據，不額外增加數據采集的成本。

技術領域

本發明涉及地下結構健康監測技術領域，具體涉及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。

背景技術

近年來，隨著我國基礎建設的迅速發展，地下空間開發如火如荼。然而，建成后的混凝土地下建筑結構埋置于地下，工作環境復雜多變，外界荷載變化大且難以預測。地下建筑結構經常出現開裂，滲漏水，鋼筋銹蝕，混凝土局部碎裂，甚至整體垮塌的重大災害，這引起了地下結構管養單位的高度重視，如何有效地對地下結構進行損傷監測成為一項重大的技術調整。

當前地下結構損傷主要采用表面應變計(監測混凝土表面應變)，靜力水準儀(監測沉降)、鋼筋計(監測鋼筋應力)、砼應變計(監測混凝土內部應變)、位移計(監測指定點沿指定方向的位移)、土壓力計(監測土壓力)、滲壓計(監測地下水滲漏)、錨桿應力計(監測錨桿受力)等，取得了較好的監測效果。但這些傳感器僅能反映特定點局部區域特定監測內容的變化，欲反映整個結構的狀態需在空間中布設大量傳感器，極大提高了監測費用和設備安裝困難。當前使用日益廣泛的光纖傳感器則能較好地用一根連續的光纖覆蓋較大范圍的監測需求，但造價昂貴，容易損壞，監測內容相對單一。授權于2017.07.18的中國發明專利“基于EMD的結構剛度損傷監測方法及系統”公開了基于監測結構振動響應評價結構剛度損傷程度的一種方法，特別適用于沖擊荷載作用下的結構微小剛度損傷監測判定；除此之外，還有類似專利或研究成果基于結構在外力作用下的振動識別結構損傷，但是地下結構一般不會直接承受外部沖擊荷載，地下結構在正常外部荷載下也不會出現明顯的振動，因此通過振動監測評價地下結構剛度損傷效果不好。授權于2017.04.26的中國發明專利“一種大跨橋梁損傷識別方法”公開了一種基于溫度應變識別橋梁結構損傷的方法，但這種方法需要在橫截面上布設傳感器，在建成后的地下結構中只能在表面布設傳感器，無法在結構斷面內布設傳感球，因而這種方法無法應用于地下結構。

熱膨脹系數表征物體由于溫度的變化引起的相應體積改變，是材料、建筑結構重要的物理指標，對結構的損傷監測、風險評價具有重要意義。對地下建筑結構而言，熱膨脹系數是周圍巖土體約束剛度、鋼筋混凝土材料損傷程度的綜合體現，即使在單點測試熱膨脹系數，仍能反映測點附近很大范圍內的結構損傷狀態。基于熱膨脹系數的地下結構損傷監測方法是未來地下結構監測的新方向。本發明提供了一種基于熱膨脹系數與荷載應變的地下結構損傷監測方法，同時利用結構的應變響應和熱膨脹系數，能提升地下結構損傷監測水平，保障地下結構的安全服役。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供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。

為實現上述目的，本發明提供了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，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；