一种预制梁全生命周期应力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于预制梁监测技术领域，尤其涉及一种预制梁全生命周期应力监测系统及方法，将应力监测传感器布设在预制梁预设的应力监测点的内部和外部；通过预制梁应力理论变化量生成模块获取预制梁的理论线性结构，构建有限元模型仿真分析生成预制梁应力理论变化量；通过预制梁应力实际变化量生成模块采集预制梁张拉前后的线性结构以及张拉前后应力监测点的应力值，构建三维模型分析预制梁的应力变化状态，生成预制梁应力实际变化量；通过预制梁应力储备状态评估模块将预制梁应力理论变化量与预制梁应力实际变化量进行比对，评估预制梁应力储备状态。本发明专利技术能够解决现有的预制梁全生命周期应力监测的实施方案中存在可靠性低的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种预制梁全生命周期应力监测系统及方法


[0001]本专利技术属于预制梁监测
，尤其涉及一种预制梁全生命周期应力监测系统及方法。

技术介绍

[0002]预制梁是一种采用工厂预制，再运至施工现场按设计要求位置进行安装固定的梁，预制梁技术在土木工程领域得到越来越广泛的应用，主要应用在公路桥梁建设中，在预制梁的施工方案中，对预应力材料的检验、钢绞线的施工以及预应力张拉都有严格的实施措施，而应力监测和预应力张拉控制是保证预制梁结构健康的重要部分。
[0003]在对预制梁施加预应力后，其预应力储备及其均匀性将关系到预制梁在后期载荷作用下的结构的安全，因此为了增强对预应力张拉控制，实现应力的全生命周期的监测，目前的实施方案主要通过采用压变片法对预制梁的有效预应力进行试验研究，通过在预制梁的预应力筋上贴应变片，利用应变片的电阻变化来反映预应力筋的应力变化关系，这种方案的问题在于，在张拉过程中，应变片的损坏较高，且存在一些截面上应变片全部损坏的问题，导致可靠性较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术所解决的技术问题在于提供一种预制梁全生命周期应力监测系统及方法，以解决现有的预制梁全生命周期应力监测的实施方案中存在可靠性低的问题。
[0005]本专利技术提供的基础方案：一种预制梁全生命周期应力监测系统，包括若干个应力监测传感器、预制梁应力理论变化量生成模块、预制梁应力实际变化量生成模块以及，其中：
[0006]所述应力监测传感器分别布设在预制梁预设的应力监测点的内部和外部；
[0007]所述预制梁应力理论变化量生成模块用于获取预制梁的理论线性结构，构建有限元模型仿真分析预制梁的应力变化状态，生成预制梁应力理论变化量；
[0008]所述预制梁应力实际变化量生成模块用于采集预制梁张拉前的线性结构、张拉后的线性结构以及张拉前后应力监测点的应力值，构建三维模型分析预制梁的应力变化状态，生成预制梁应力实际变化量；
[0009]所述预制梁应力储备状态评估模块用于将预制梁应力理论变化量与预制梁应力实际变化量进行比对，评估预制梁应力储备状态。
[0010]本专利技术的原理及优点在于：目前的预制梁的预应力控制主要以钢绞线伸长量和张拉力来间接控制梁体的预应力储备，而受到锚具回缩、管道摩阻等因素，预应力存在不可控的损失，而现有的在预制梁的预应力筋上贴应变片，利用应变片的电阻变化来反映预应力筋的应力变化关系，而其存在可靠性低的问题。
[0011]为此，本申请中在预制梁的浇筑阶段预设应力监测点，在应力监测点的内部预埋应力传感器和外部表贴应力传感器，以实现预制梁的全生命周期应力监测，同时当出现内
部预埋的应力传感器损坏时，通过外部表贴的应力传感器监测预制梁的应力变化，从而确保应力监测点至少有一个应力传感器在正常工作；随后通过预制梁应力理论变化量生成模块获取预制梁的理论线性结构，通过有限元模型来仿真模拟预制梁的应力变化状态，从而生成在理论上的预制梁应力变化，再通过预制梁应力实际变化量生成模块采集预制梁张拉前的线性结构、张拉后的线性结构以及张拉前后应力监测点的应力值，通过三维模型分析预制梁的应力变化状态，从而能够获取到预制梁在张拉控制前后的应力变形量，最后通过预制梁应力储备状态评估模块将预制梁应力理论变形量与预制梁应力实际变形量进行比对，能够得到可靠性高的预制梁应力储备评估结果。
[0012]因此，本申请的优势在于，通过在预制梁的浇筑阶段，在梁体的同一应力监测点的内部预埋传感器和外部表贴传感器，使得能够实现预制梁得全生命周期应力监测，以及内外传感器同步监测以得到较为准确的应力值，同时即使内部预埋的传感器损坏，也能够通过外部表贴的传感器进行监测，避免出现传感器因预制梁张拉损坏导致无法获取到应力监测点的应力值，提升预制梁在全生命周期应力监测过程中的可靠性。
[0013]进一步，所述应力监测传感器分别布设在预制梁预设的应力监测点的内部和外部具体为：
[0014]预存储施工历史数据，获取预制梁施工历史数据中应力监测点上预制梁的位移变化值；
[0015]根据位移变化值评估易损度，同时与预设的易损度阈值进行比对，生成易损点位和若干个协同点位；
[0016]在易损点位内部预埋应力传感器以及在协同点位表贴应力传感器。
[0017]有益效果：预制梁施工技术应用已经很长时间，因此施工者通常存储有很多的预制梁施工历史数据，在历史数据中，预制梁中的应力监测点处在随着张拉控制过程中，会对预制梁的梁体产生位移，进行产生位移变化值，而位移变化值的预制梁的不同应力监测点的大小也是不同的，因此针对位移变化值评估易损度，与施工人员预设的易损度阈值进行比对，超过预设的易损度阈值的点位作为易损点位，在易损点位附近小于预设的易损度阈值处设置多个协同点位，而易损度越大，则代表位移变化值越大，那么应力传感器在该处的损坏可能性就越大，因此，为了避免易损点位的应力传感器损坏后不能使用，在协同点位表贴应力传感器作为易损点位的备用监测，使得即使易损点位的应力传感器损坏，也能通过协同点位表贴的应力传感器进行监测。
[0018]进一步，所述预制梁应力理论变化量生成模块中包括预制梁线性结构获取单元、理论应力值生成单元、仿真模拟单元以及预制梁变形量计算单元，其中：
[0019]所述预制梁线性结构获取单元用于获取放置在台座上的预制梁线性结构，并构建预制梁有限元模型；
[0020]所述理论应力值生成单元用于生成预制梁应力监测点的理论应力值；
[0021]所述仿真模拟单元用于模拟实际施工现场预应力张拉条件，对预制梁有限元模型应力监测点的应力值变化进行仿真和预制梁线性结构随应力值变化的线性结构变化；
[0022]所述预制梁变形量计算单元用于按照预设的预制梁有限元模型变形值提取位置提取预制梁张拉前后的位移位置，计算预制梁的理论变形量，并根据预制梁的理论变形量绘制预制梁理论变形曲线和根据预制梁应力监测点的应力值变化仿真结果绘制应力理论
变化曲线。
[0023]有益效果：通过预制梁线性结构获取单元获取的放置在台座上的预制梁线性结构，因为台座在预制梁张拉控制过程中不会产生形变，因此，台座可作为预制梁张拉前后的基准面，便于仿真模拟，在仿真模拟过程中能够得到预制梁在受到张拉控制时理论上的应力变化状态和变形量，从而生成曲线便于更直观的展示和比对。
[0024]进一步，所述预制梁应力实际变化量生成模块中包括数据获取单元、数据预处理单元、数据配准单元以及数据计算单元，其中：
[0025]所述数据获取单元用于通过三维扫描仪扫描获取预制梁张拉前后若干站点的点云数据和获取预制梁应力监测点实际监测的应力值变化量；
[0026]所述数据预处理单元用于将获取的点云数据进行预处理，生成预处理结果；
[0027]所述数据配准单元用于在预处理后构建预应力张拉前的预制梁点云模型一和预应力张拉后的预制梁点云模型二，并将预制梁点云模型一和预制梁点云模型二进行配准，生成预制梁配准模型；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预制梁全生命周期应力监测系统，其特征在于：包括若干个应力监测传感器、预制梁应力理论变化量生成模块、预制梁应力实际变化量生成模块以及预制梁应力储备状态评估模块，其中：所述应力监测传感器分别布设在预制梁预设的应力监测点的内部和外部；所述预制梁应力理论变化量生成模块用于获取预制梁的理论线性结构，构建有限元模型仿真分析预制梁的应力变化状态，生成预制梁应力理论变化量；所述预制梁应力实际变化量生成模块用于采集预制梁张拉前的线性结构、张拉后的线性结构以及张拉前后应力监测点的应力值，构建三维模型分析预制梁的应力变化状态，生成预制梁应力实际变化量；所述预制梁应力储备状态评估模块用于将预制梁应力理论变化量与预制梁应力实际变化量进行比对，评估预制梁应力储备状态。2.根据权利要求1所述的一种预制梁全生命周期应力监测系统，其特征在于：所述应力监测传感器分别布设在预制梁预设的应力监测点的内部和外部具体为：预存储施工历史数据，获取预制梁施工历史数据中应力监测点上预制梁的位移变化值；根据位移变化值评估易损度，同时与预设的易损度阈值进行比对，生成易损点位和若干个协同点位；在易损点位内部预埋应力传感器以及在协同点位表贴应力传感器。3.根据权利要求1所述的一种预制梁全生命周期应力监测系统，其特征在于：所述预制梁应力理论变化量生成模块中包括预制梁线性结构获取单元、理论应力值生成单元、仿真模拟单元以及预制梁变形量计算单元，其中：所述预制梁线性结构获取单元用于获取放置在台座上的预制梁线性结构，并构建预制梁有限元模型；所述理论应力值生成单元用于生成预制梁应力监测点的理论应力值；所述仿真模拟单元用于模拟实际施工现场预应力张拉条件，对预制梁有限元模型应力监测点的应力值变化进行仿真和预制梁线性结构随应力值变化的线性结构变化；所述预制梁变形量计算单元用于按照预设的预制梁有限元模型变形值提取位置提取预制梁张拉前后的位移位置，计算预制梁的理论变形量，并根据预制梁的理论变形量绘制预制梁理论变形曲线和根据预制梁应力监测点的应力值变化仿真结果绘制应力理论变化曲线。4.根据权利要求3所述的一种预制梁全生命周期应力监测系统，其特征在于：所述预制梁应力实际变化量生成模块中包括数据获取单元、数据预处理单元、数据配准单元以及数据计算单元，其中：所述数据获取单元用于通过三维扫描仪扫描获取预制梁张拉前后若干站点的点云数据和获取预制梁应力监测点实际监测的应力值变化量；所述数据预处理单元用于将获取的点云数据进行预处理，生成预处理结果；所述数据配准单元用于在预处理后构建预应力张拉前的预制梁点云模型一和预应力张拉后的预制梁点云模型二，并将预制梁点云模型一和预制梁点云模型二进行配准，生成预制梁配准模型；
所述数据计算单元按照预设的预制梁配准模型变形值提取位置和预制梁配准模型变形值提取方式获取预制梁张拉前后变形值，计算预制梁实际变形量，并根据预制梁实际变形量绘制预制梁实际变形曲线和根据预制梁应力监测点实际监测的应力值变化量绘制应力实际变化曲线。5.根据权利要求4所述的一种预制梁全生命周期应力监测系统，其特征在于：所述预制梁应力储备状态评估模块中包括预制梁变形曲线比对单元、局部预应力储备评估单元、整体预应力储备评估单元以及应力值比对单元，其中：所述预制梁变形曲线比对单元用于将预制梁理论变形曲线与预制梁实际变形曲线进行比对，生成比对曲线；所述局部预应力储备评估单元用于根据比对曲线分析易损处并进行计算获取局部预应力储备评估结果；所述整体预应力储备评估单元用于计算理论变形曲线与坐标轴所围的面积和计算实际变形曲线与坐标轴所围的面积，并进行面积比对，生成整体预应力储备评估结果；所述应力值比对单元用于将预制梁应力理论变化曲线与预制梁应力实际变化曲线进行如局部预应力储备评估单元和整体预应力储备评估单元所述的比对方式，生成局部应力值比对结果和整体应力值比对结果，并根据生成的局部应力值比对结果和整体应...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴少强，蔡东波，王雪，于晨晨，刘亚超，闫东杰，严玉赛，
申请(专利权)人：中交一公局第七工程有限公司，
类型：发明
国别省市：