一種橋梁腐蝕監測與壽命預測方法
2023-12-09 14:09:11 1
一種橋梁腐蝕監測與壽命預測方法
【專利摘要】本發明公開了一種橋梁腐蝕監測與壽命預測方法，該方法通過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據利用菲克第二定律等方法綜合判斷該橋梁當前狀態距離橋梁腐蝕開裂階段的時間，得出橋梁在沒有維護情況下的剩餘壽命，實現了對橋梁腐蝕狀態的監測和對橋梁壽命的預測。本發明主要解決了對於已建成橋梁腐蝕狀態的監測問題，並能通過傳感器數據預測橋梁結構的剩餘壽命，提醒維護人員及時進行橋梁維護，保障了橋梁結構的安全性和交通的正常通行。
【專利說明】一種橋梁腐蝕監測與壽命預測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鋼筋混凝土橋梁結構監測領域，涉及一種利用混凝土結構氯離子濃度、腐蝕速率預測該結構物壽命的分析方法。
【背景技術】
[0002]由以氯離子為主的金屬離子擴散而引發的鋼筋混凝土結構的腐蝕是橋梁結構損壞的最主要原因。因此對於鋼筋混凝土的橋梁結構，實時監測其結構健康狀態對於保證橋梁結構的安全性及交通運輸的正常通行具有非常重要的意義。現有的腐蝕監測傳感器大多數無法有效的監測腐蝕的長期擴散狀況，也無法根據當前的腐蝕情況預測橋梁結構的剩餘壽命。這一缺陷導致橋梁維護人員需要通過自己的相關經驗判斷傳感器所反饋的數據，降低了對橋梁結構監測的及時性，同時也大大增加了橋梁維護人員的工作量。目前，許多新建混凝土結構中已使用了各種長期監測腐蝕狀況的鋼筋網腐蝕傳感器，但這些傳感器安裝的複雜性導致這些傳感器並不適合用於已建成的鋼筋混凝土結構。因此，對已建成的鋼筋混凝土橋梁結構的腐蝕監測和壽命預測則顯得較為重要。
[0003]針對已建成鋼筋混凝土橋梁結構的腐蝕監測和壽命預測問題，本專利所提出的一種橋梁腐蝕監測與壽命預測的方法，能夠通過在已建成橋梁結構的三個不同深度安裝氯離子濃度傳感器，並配以腐蝕速率傳感器，即可利用傳感器數據即時判斷當前橋梁結構的腐蝕狀況，並通過數據推算出當前時刻距離腐蝕開裂時刻的時間。傳感器的安裝較為簡單，而完善的系統算法也為橋梁維護人員節約了大量的時間和工作量。本發明能夠及時提醒橋梁維護人員對橋梁的維護，也保障了橋梁結構的安全性及交通的正常通行。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明提供一種針對已建成橋梁，實時監測其腐蝕狀況，並通過數據預測該橋梁結構的剩餘壽命，能夠極大的保障橋梁結構的安全性和交通運輸正常通行的橋梁腐蝕監測與壽命預測方法。
[0005]技術方案:本發明的橋梁腐蝕監測與壽命預測方法，包括以下步驟:
[0006]步驟I)在橋梁混凝土橋墩中設置等距直線排列的至少三個氯離子濃度傳感器，記氯離子傳感器個數為N個，同時在直線兩端的氯離子濃度傳感器之間連線的中點處設置腐蝕速率傳感器；通過氯離子濃度傳感器分別採集時刻t1; t2，…t^..ts下橋梁各個點位XpX2> --41^%處的氯離子濃度，其中\為第1個時刻，1為時刻序號，1=1，2，…，Sd1S第一個數據採 集時刻，^為進行壽命預測的時刻，即當前時刻，S為進行壽命預測的時刻序號，Xn為第η處點位，η=1, 2，…，1在\時刻下所採集的各個點位的氯離子濃度值分別記% C(X1, ti), C(X2, ^),…，C(Xn，ti)，...C(XnA);同時通過腐蝕速率傳感器採集時刻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各時刻的氯離子濃度C(Xpti), C(X2，ti)，…，C (Xn, ，…C (XN, ，以及腐蝕速率CRi進行初次篩選:[0008]a)如果\時刻深度Xp X2、…Xf Xn處所對應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，則剔除該組數據:
[0009]任意一個氯離子濃度值為負值，
[0010]任意一個氯離子濃度值>2.0M,
[0011]該組氯離子濃度值的相關係數r的絕對值I r |〈0.75 ；
[0012]b)如果\時刻的腐蝕速率CRi有以下情形之一，則剔除該數據:
[0013]腐蝕速率CRi為負值，
[0014]腐蝕速率CRi小於上一時刻V1的測量值CRi+
[0015]CR1-0.luA/cm2 且 CRiM.0uA/cm2 ；
[0016]步驟3)首先，根據所述步驟2)初次篩選過後的數據，對於每一時刻\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算時刻ti對應的表面氯離子濃度cs(i)和擴散係數Di ；
[0017]然後根據下列方程，求解出每個時刻t對應的腐蝕開始時刻Tth(i):
[0018]
【權利要求】
1.一種橋梁腐蝕監測與壽命預測方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 步驟I)在橋梁混凝土橋墩中設置等距直線排列的至少三個氯離子濃度傳感器，記氯離子傳感器個數為N個，同時在直線兩端的氯離子濃度傳感器之間連線的中點處設置腐蝕速率傳感器；通過氯離子濃度傳感器分別採集時刻t1; t2，…t^..ts下橋梁各個點位\、X2、…XiZ-Xn處的氯離子濃度，其中\為第i個時刻，i為時刻序號，i=l, 2，…，S，h為第一個數據採集時刻，ts為進行壽命預測的時刻，即當前時刻，S為進行壽命預測的時刻序號，Xn為第η處點位，η=1，2，…，1在\時刻下所採集的各個點位的氯離子濃度值分別記為t,)，C(X2，ti)，…，C(Xn，ti)，…C(XN，ti);同時通過腐蝕速率傳感器採集時刻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各時刻的氯離子濃度，C(X2，，…，C(Xn，，...C(XN, ，以及腐蝕速率CRi進行初次篩選: a)如果\時刻深度XpX2>…Xi^-Xn*所對應的一組氯離子濃度值C(Xpti),C (X2, \)，…，C (Xn, ，-C (XN, 有以下情形之一，則剔除該組數據: 任意一個氯離子濃度值為負值， 任意一個氯離子濃度值>2.0M, 該組氯離子濃度值的相關係數r的絕對值I r I〈0.75 ； b)如果\時刻的腐蝕速率CRi有以下情形之一，則剔除該數據: 腐蝕速率CRi為負值， 腐蝕速率CRi小於上一時刻的測量值CRi^
CR1-0.luA/cm2 且 CRi)1.0uA/cm2 ； 步驟3)首先，根據所述步驟2)初次篩選過後的數據，對於每一時刻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算時刻\對應的表面氯離子濃度Cs(i)和擴散係數Di ； 然後根據下列方程，求解出每個時刻\對應的腐蝕開始時刻Tth(i):
2.根據權利要求1所述的一種橋梁腐蝕監測與壽命預測方法，其特徵在於，所述步驟3)中利用菲克第二定律計算\時刻對應的表面氯離子濃度Cs(i)和擴散係數Di的具體步驟為: 從\時刻的N個氯離子濃度值C(Xpti)Adti),…，C(Xn，ti)，…C(XN，ti)中，任意選取兩處點位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】G01N17/00GK103852414SQ201410098485
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】葉智銳, 許躍如 申請人:東南大學