【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及橋梁無損檢測，具體來說，涉及一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法。
技術介紹
1、主梁是橋梁承擔交通荷載的主要承重結構，其服役性能可靠與否直接決定了橋梁結構在運營荷載作用下的安全性。對混凝土/預應力混凝土主梁，其服役性能主要由混凝土材料強度、結構剛度、穩定性、動力特性等幾個方面決定。其中，材料強度直接決定主梁在抗壓、抗拉、抗扭等方面的承載性能。
2、在主梁混凝土的澆筑、養護過程中，由于施工期間晝夜溫差大、工期緊張等原因，會出現混凝土振搗不足、拆模時間過早、養護措施不到位等情況，導致混凝土無法達到規定的強度。混凝土強度不足將導致主梁在成橋階段發生微小且不易察覺的裂縫，在溫度、交通荷載等環境與運營荷載長期作用下，微小裂縫將擴展成為顯著可見的結構性裂縫，使橋梁在服役期間面臨損傷、甚至垮塌的安全風險。在此情況下，為追溯裂縫成因，有必要對主梁的混凝土強度及其空間分布情況進行準確、可靠的評估。
3、現有的橋梁檢測評定技術中，回彈法、鉆芯法是常用的兩種混凝土強度測試方法。回彈法是通過回彈儀測試混凝土表面硬度來推算混凝土的強度，是目前橋梁檢測中應用最為廣泛的方法之一。雖然如此，回彈測試過程會受多種因素影響，使所測混凝土強度有失準確。例如，混凝土表面砂線、水紋等情況的存在會使識別結果偏低；回彈法需要視混凝土碳化深度、構件厚度對回彈結果進行修正，當碳化嚴重或構件厚度不足時，回彈結果無法按規定修正，所識別的混凝土強度不再可靠；此外，回彈法僅能對主梁表面的混凝土強度進行推算，無法用以識別內部混凝土
4、針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現思路
1、（一）解決的技術問題
2、針對現有技術的不足，本專利技術提供了基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，具備能夠以無損的方式實現對混凝土橋梁主梁彈性模量及抗壓強度的有效評估，且不受混凝土碳化嚴重、主梁厚度有限、混凝土表面不平整等問題的影響的優點，進而解決現有技術中缺乏有效識別、評估混凝土強度及其沿橋梁主梁空間分布的可靠方法的問題。
3、（二）技術方案
4、為實現上述能夠以無損的方式實現對主梁混凝土彈性模量及抗壓強度的有效評估，且不受混凝土碳化嚴重、主梁厚度有限、混凝土表面不平整等問題的影響的優點，本專利技術采用的具體技術方案如下：
5、一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，該混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法包括：
6、s1、基于主梁截面形式確定光纖光柵傳感器的布設數量及布設位置，并結合布設數量及布設位置在主梁上布置分布式光纖光柵應變傳感器；
7、s2、基于主梁特性構建多尺度有限元模型，在多尺度有限元模型中以集中力模擬車輛的車輪重量得到加載車輛參數，并根據加載車輛參數確定車輛加載試驗方案；
8、s3、根據車輛加載試驗方案對車輛進行配重，在配重完成后分別對主梁進行動靜力加載測試，并利用分布式光纖光柵應變傳感器采集動靜力加載測試中的應變響應數據；
9、s4、基于應變響應數據計算橋梁結構動力特性，根據橋梁結構動力特性對多尺度有限元模型的彈性模量進行參數更新，并以參數更新后的彈性模量作為實際橋梁彈性模量評估的基準參考值；
10、s5、按實際加載試驗的車輛配重，在參數更新后的多尺度有限元模型中施加同量值集中力荷載，計算主梁各部位應力值，并通過與對應位置分布式光纖光柵測得的應變響應做商計算混凝土彈性模量，利用基準參考值對彈性模量進行評估；
11、s6、根據推算的混凝土彈性模量反推混凝土抗壓強度，并將混凝土抗壓強度與主梁內外部環境因素相結合綜合對橋梁主梁強度進行評估，得到主梁強度評估結果。
12、優選地，基于主梁特性構建多尺度有限元模型，在多尺度有限元模型中以集中力模擬車輛的車輪重量得到加載車輛參數，并根據加載車輛參數確定車輛加載試驗方案包括：
13、s21、基于主梁特性構建多尺度有限元模型，并對主梁上測點區域進行劃分，在多尺度有限元模型中以實體單元模擬所需評估彈性模量與強度的測點，以梁單元模擬其余測點；
14、s22、利用多尺度有限元模型模擬車輛的車輪重量，以保證測點處產生的應力大于或等于預設范圍為約束條件確定加載車輛參數，并根據加載車輛參數制定車輛加載試驗方案，且加載車輛參數包括車輛的重量、車型、數量及車輛沿橫橋向、縱橋向的加載位置。
15、優選地，根據車輛加載試驗方案對車輛進行配重，在配重完成后分別對主梁進行動靜力加載測試，并利用分布式光纖光柵應變傳感器采集動靜力加載測試中的應變響應數據包括：
16、s31、根據車輛加載試驗方案對車輛進行配重，并在車輛配重完成后依據加載位置沿橫橋向及縱橋向布置車輛，將間隔車輛間的加載位置組合為加載工況，記錄加載工況下車輛沿橫橋向及縱橋向的實際位置；
17、s32、分析加載工況下通過光纖光柵傳感器采集的應變數據的變化情況，當應變數據呈穩定狀態時，獲取測點處的靜載響應數據，以完成主梁的靜力加載測試；
18、s33、在靜力加載測試完成后對橋梁進行動力加載測試，并獲取動力加載測試中車輛通行主梁時測點處的動載響應數據。
19、優選地，基于應變響應數據計算橋梁結構動力特性，根據橋梁結構動力特性對多尺度有限元模型的彈性模量進行參數更新，并以參數更新后的彈性模量作為實際橋梁彈性模量評估的基準參考值包括：
20、s41、基于動載響應數據計算主梁結構的振動固有頻率實測值及振型實測值，通過多尺度有限元模型分析主梁結構的振動固有頻率計算值及振型計算值；
21、s42、將主梁沿長度方向劃分區段，并將區段內的混凝土構件的彈性模量作為目標更新參數；
22、s43、分別計算振動固有頻率計算值及振型計算值與區段的彈性模量之間的靈敏度，得到主梁結構的振動固有頻率及振型的敏感性分析結果，并基于敏感性分析結果選取預設范圍內的靈敏度所對應的參數作為對應目標的更新參數；
23、s44、以區段的彈性模量作為更新參數，以區段的彈性模量的上下限值作為約束條件，構建多尺度有限元模型參數更新的目標函數；
24、s45、對多尺度有限元模型參數更新的目標函數進行迭代分析，將迭代分析得到的最優解輸入至原始的多尺度有限元模型中，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，該混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述基于主梁特性構建多尺度有限元模型，在多尺度有限元模型中以集中力模擬車輛的車輪重量得到加載車輛參數，并根據加載車輛參數確定車輛加載試驗方案包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述根據車輛加載試驗方案對車輛進行配重，在配重完成后分別對主梁進行動靜力加載測試，并利用分布式光纖光柵應變傳感器采集動靜力加載測試中的應變響應數據包括：
4.根據權利要求3所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述基于應變響應數據計算橋梁結構動力特性，根據橋梁結構動力特性對多尺度有限元模型的彈性模量進行參數更新，并以參數更新后的彈性模量作為實際橋梁彈性模量評估的基準參考值包括：
5.根據權利要求4所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法
6.根據權利要求5所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述按實際加載試驗的車輛配重，在參數更新后的多尺度有限元模型中施加同量值集中力荷載，計算主梁各部位應力值，并通過與對應位置分布式光纖光柵測得的應變響應做商計算混凝土彈性模量，利用基準參考值對彈性模量進行評估包括：
7.根據權利要求6所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述通過對多尺度有限元模型計算的主梁各部位應力值及靜載測試中實測的應變值做商，計算各測點處的彈性模量，利用彈性模量的基準參考值評估實際橋梁各測點處彈性模量包括：
8.根據權利要求7所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述根據推算的混凝土彈性模量反推混凝土抗壓強度，并將混凝土抗壓強度與主梁內外部環境因素相結合綜合對橋梁主梁強度進行評估，得到主梁強度評估結果包括：
9.根據權利要求8所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述將測點處混凝土的強度等級實測推定値與區段內混凝土的強度等級參考值進行比較，并基于比較結果選取混凝土強度等級基準值之前還包括：
10.根據權利要求9所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述多尺度有限元模型的參數更新目標的表達式為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，該混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述基于主梁特性構建多尺度有限元模型，在多尺度有限元模型中以集中力模擬車輛的車輪重量得到加載車輛參數，并根據加載車輛參數確定車輛加載試驗方案包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述根據車輛加載試驗方案對車輛進行配重，在配重完成后分別對主梁進行動靜力加載測試，并利用分布式光纖光柵應變傳感器采集動靜力加載測試中的應變響應數據包括：
4.根據權利要求3所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述基于應變響應數據計算橋梁結構動力特性，根據橋梁結構動力特性對多尺度有限元模型的彈性模量進行參數更新，并以參數更新后的彈性模量作為實際橋梁彈性模量評估的基準參考值包括：
5.根據權利要求4所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其特征在于，所述靈敏度的計算公式為：
6.根據權利要求5所述的一種基于光纖光柵的混凝土橋梁主梁彈性模量與強度評估方法，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：尚志強，辛公鋒，王能威，邵珠峰，龍關旭，馬乃軒，劉國華，王路，張家琪，周希茂，朱晨輝，趙長宏，劉錦成，單京輝，高欣凱，
申請(專利權)人：山東高速集團有限公司創新研究院，
類型：發明
國別省市：
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