一種橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法，該方法通過(guò)三組安裝在橋梁不同深度的氯離子濃度傳感器以及腐蝕速率傳感器所反饋的數(shù)據(jù)利用菲克第二定律等方法綜合判斷該橋梁當(dāng)前狀態(tài)距離橋梁腐蝕開(kāi)裂階段的時(shí)間，得出橋梁在沒(méi)有維護(hù)情況下的剩余壽命，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁腐蝕狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和對(duì)橋梁壽命的預(yù)測(cè)。本發(fā)明主要解決了對(duì)于已建成橋梁腐蝕狀態(tài)的監(jiān)測(cè)問(wèn)題，并能通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的剩余壽命，提醒維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行橋梁維護(hù)，保障了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和交通的正常通行。
【專利說(shuō)明】一種橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種利用混凝土結(jié)構(gòu)氯離子濃度、腐蝕速率預(yù)測(cè)該結(jié)構(gòu)物壽命的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由以氯離子為主的金屬離子擴(kuò)散而引發(fā)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕是橋梁結(jié)構(gòu)損壞的最主要原因。因此對(duì)于鋼筋混凝土的橋梁結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)對(duì)于保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性及交通運(yùn)輸?shù)恼Ｍㄐ芯哂蟹浅Ｖ匾囊饬x。現(xiàn)有的腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器大多數(shù)無(wú)法有效的監(jiān)測(cè)腐蝕的長(zhǎng)期擴(kuò)散狀況，也無(wú)法根據(jù)當(dāng)前的腐蝕情況預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的剩余壽命。這一缺陷導(dǎo)致橋梁維護(hù)人員需要通過(guò)自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷傳感器所反饋的數(shù)據(jù)，降低了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的及時(shí)性，同時(shí)也大大增加了橋梁維護(hù)人員的工作量。目前，許多新建混凝土結(jié)構(gòu)中已使用了各種長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)腐蝕狀況的鋼筋網(wǎng)腐蝕傳感器，但這些傳感器安裝的復(fù)雜性導(dǎo)致這些傳感器并不適合用于已建成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)已建成的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)則顯得較為重要。
[0003]針對(duì)已建成鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題，本專利所提出的一種橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)的方法，能夠通過(guò)在已建成橋梁結(jié)構(gòu)的三個(gè)不同深度安裝氯離子濃度傳感器，并配以腐蝕速率傳感器，即可利用傳感器數(shù)據(jù)即時(shí)判斷當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況，并通過(guò)數(shù)據(jù)推算出當(dāng)前時(shí)刻距離腐蝕開(kāi)裂時(shí)刻的時(shí)間。傳感器的安裝較為簡(jiǎn)單，而完善的系統(tǒng)算法也為橋梁維護(hù)人員節(jié)約了大量的時(shí)間和工作量。本發(fā)明能夠及時(shí)提醒橋梁維護(hù)人員對(duì)橋梁的維護(hù)，也保障了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性及交通的正常通行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種針對(duì)已建成橋梁，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其腐蝕狀況，并通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)該橋梁結(jié)構(gòu)的剩余壽命，能夠極大的保障橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和交通運(yùn)輸正常通行的橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0006]步驟I)在橋梁混凝土橋墩中設(shè)置等距直線排列的至少三個(gè)氯離子濃度傳感器，記氯離子傳感器個(gè)數(shù)為N個(gè)，同時(shí)在直線兩端的氯離子濃度傳感器之間連線的中點(diǎn)處設(shè)置腐蝕速率傳感器；通過(guò)氯離子濃度傳感器分別采集時(shí)刻t1; t2，…t^..ts下橋梁各個(gè)點(diǎn)位XpX2> --41^%處的氯離子濃度，其中\(zhòng)為第1個(gè)時(shí)刻，1為時(shí)刻序號(hào)，1=1，2，…，Sd1S第一個(gè)數(shù)據(jù)采 集時(shí)刻，^為進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的時(shí)刻，即當(dāng)前時(shí)刻，S為進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的時(shí)刻序號(hào)，Xn為第η處點(diǎn)位，η=1, 2，…，1在\時(shí)刻下所采集的各個(gè)點(diǎn)位的氯離子濃度值分別記% C(X1, ti), C(X2, ^),…，C(Xn，ti)，...C(XnA);同時(shí)通過(guò)腐蝕速率傳感器采集時(shí)刻t1;t2，".ν.'下的腐蝕速率，分別記為CR1;CR2，…civ"crs;
[0007]步驟2)按照如下方法分別對(duì)各時(shí)刻的氯離子濃度C(Xpti), C(X2，ti)，…，C (Xn, ，…C (XN, ，以及腐蝕速率CRi進(jìn)行初次篩選:[0008]a)如果\時(shí)刻深度Xp X2、…Xf Xn處所對(duì)應(yīng)的一組氯離子濃度值Cft1, ，C (X2, ti)，…，C (Xn, ti)，-C (XN, ti)有以下情形之一，則剔除該組數(shù)據(jù):
[0009]任意一個(gè)氯離子濃度值為負(fù)值，
[0010]任意一個(gè)氯離子濃度值>2.0M,
[0011]該組氯離子濃度值的相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值I r |〈0.75 ；
[0012]b)如果\時(shí)刻的腐蝕速率CRi有以下情形之一，則剔除該數(shù)據(jù):
[0013]腐蝕速率CRi為負(fù)值，
[0014]腐蝕速率CRi小于上一時(shí)刻V1的測(cè)量值CRi+
[0015]CR1-0.luA/cm2 且 CRiM.0uA/cm2 ；
[0016]步驟3)首先，根據(jù)所述步驟2)初次篩選過(guò)后的數(shù)據(jù)，對(duì)于每一時(shí)刻\的一組氯離子濃度值C (X1, ti)，C (X2, ti)，…，C (Xn, ti)，…C(XN，ti)，利用菲克第二定律計(jì)算時(shí)刻ti對(duì)應(yīng)的表面氯離子濃度cs(i)和擴(kuò)散系數(shù)Di ；
[0017]然后根據(jù)下列方程，求解出每個(gè)時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的腐蝕開(kāi)始時(shí)刻Tth(i):
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟I)在橋梁混凝土橋墩中設(shè)置等距直線排列的至少三個(gè)氯離子濃度傳感器，記氯離子傳感器個(gè)數(shù)為N個(gè)，同時(shí)在直線兩端的氯離子濃度傳感器之間連線的中點(diǎn)處設(shè)置腐蝕速率傳感器；通過(guò)氯離子濃度傳感器分別采集時(shí)刻t1; t2，…t^..ts下橋梁各個(gè)點(diǎn)位\、X2、…XiZ-Xn處的氯離子濃度，其中\(zhòng)為第i個(gè)時(shí)刻，i為時(shí)刻序號(hào)，i=l, 2，…，S，h為第一個(gè)數(shù)據(jù)采集時(shí)刻，ts為進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的時(shí)刻，即當(dāng)前時(shí)刻，S為進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的時(shí)刻序號(hào)，Xn為第η處點(diǎn)位，η=1，2，…，1在\時(shí)刻下所采集的各個(gè)點(diǎn)位的氯離子濃度值分別記為t,)，C(X2，ti)，…，C(Xn，ti)，…C(XN，ti);同時(shí)通過(guò)腐蝕速率傳感器采集時(shí)刻t1; t2，...v..ts下的腐蝕速率，分別記為CR1, CR2,…CRr"CRs ； 步驟2)按照如下方法分別對(duì)各時(shí)刻的氯離子濃度，C(X2，，…，C(Xn，，...C(XN, ，以及腐蝕速率CRi進(jìn)行初次篩選: a)如果\時(shí)刻深度XpX2>…Xi^-Xn*所對(duì)應(yīng)的一組氯離子濃度值C(Xpti),C (X2, \)，…，C (Xn, ，-C (XN, 有以下情形之一，則剔除該組數(shù)據(jù): 任意一個(gè)氯離子濃度值為負(fù)值， 任意一個(gè)氯離子濃度值>2.0M, 該組氯離子濃度值的相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值I r I〈0.75 ； b)如果\時(shí)刻的腐蝕速率CRi有以下情形之一，則剔除該數(shù)據(jù): 腐蝕速率CRi為負(fù)值， 腐蝕速率CRi小于上一時(shí)刻的測(cè)量值CRi^
CR1-0.luA/cm2 且 CRi)1.0uA/cm2 ； 步驟3)首先，根據(jù)所述步驟2)初次篩選過(guò)后的數(shù)據(jù)，對(duì)于每一時(shí)刻ti的一組氯離子濃度值C (X1, ，C (X2, ，…，C (Xn, ，…C (XN, ，利用菲克第二定律計(jì)算時(shí)刻\對(duì)應(yīng)的表面氯離子濃度Cs(i)和擴(kuò)散系數(shù)Di ； 然后根據(jù)下列方程，求解出每個(gè)時(shí)刻\對(duì)應(yīng)的腐蝕開(kāi)始時(shí)刻Tth(i):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁腐蝕監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3)中利用菲克第二定律計(jì)算\時(shí)刻對(duì)應(yīng)的表面氯離子濃度Cs(i)和擴(kuò)散系數(shù)Di的具體步驟為: 從\時(shí)刻的N個(gè)氯離子濃度值C(Xpti)Adti),…，C(Xn，ti)，…C(XN，ti)中，任意選取兩處點(diǎn)位Xn，Xffl的的氯離子濃度值，代入菲克第二定律公式，得到如下方程組:

【文檔編號(hào)】G01N17/00GK103852414SQ201410098485
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】葉智銳, 許躍如 申請(qǐng)人:東南大學(xué)