CN104677666A - 基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，包括步骤：一、桥梁挠度监测系统建立：桥梁挠度监测系统包括n个挠度监测装置和一个数据采集装置；n个挠度监测装置分别布设在n个挠度监测点上；二、桥梁挠度监测：通过桥梁挠度监测系统，对主梁上n个挠度监测点的挠度数据分别进行实时监测，并将监测得到的挠度监测数据同步传送至数据处理设备；三、预应力损伤识别，过程如下：桥梁有限元模型建立、桥梁挠度监测数据处理、预应力损失引起的挠度数据获取、损伤识别刚度矩阵建立和预应力损伤识别。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便完成连续刚构桥的预应力损伤识别过程，并且识别结果的可靠性较高。

Description

基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法

技术领域

本发明属于桥梁健康监测技术领域，尤其是涉及一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法。

背景技术

连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥，均采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩采用墩梁固结，具有T形刚构桥的优点。目前，我国公路干线上已经修建了大量的预应力连续梁桥(也称为“连续刚构桥”)，其中部分在用的连续刚构桥均不同程度地出现跨中下挠、腹板与底板开裂等病害，这个问题很早就受到了国内外桥梁界的广泛关注，但是至今未得到很满意的解决。从诸多运营期连续刚构桥梁的典型病害可以看出，主梁下挠和梁体裂缝的出现，多与预应力衰减有关。因此，及时掌握结构有效预应力状态，对保证结构安全运营尤为重要。

桥梁预应力损伤的检测对桥梁评估及维修加固具有极其深远的意义，如果不能准确地检测结构的预应力损伤程度，将无法准确掌握桥梁状况，导致维修加固针对性差，预应力损伤过大时，还可能发生重大事故，造成人民生命财产的损失。

目前，预应力损伤检测方法主要有以下两种：一种是将原结构开孔使钢绞线暴露，然后采用测试设备进行测试，这种方法费时费力，对结构有一定损伤，且只能掌握凿开部分的预应力损伤状况，对桥梁结构整体有效预应力状态的把握程度有限；另一种是无损检测技术，由于其对结构损伤小，能快速宏观掌握结构状况，因而发展较快，是研究的热点，也取得了一定的成果，但尚未有完整研究成果，检测结果的可靠性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便完成连续刚构桥的预应力损伤识别过程，并且识别结果的可靠性较高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、桥梁挠度监测系统建立：所监测桥梁施工完成后，建立对所监测桥梁进行挠度监测的桥梁挠度监测系统；

所述桥梁挠度监测系统包括n个对所布设位置处的挠度数据进行实时监测的挠度监测装置和一个与n个所述挠度监测装置相接的数据采集装置，所述数据采集装置与数据处理设备相接；其中，n为正整数且n≥3；

n个所述挠度监测装置均布设在所监测桥梁的主梁上，且n个所述挠度监测装置沿所监测桥梁的纵桥向由前至后布设；n个所述挠度监测装置分别布设在n个所述挠度监测点上；n个所述挠度监测点的编号分别为1、2、…、n；

所监测桥梁为连续刚构桥，所述连续刚构桥的主梁为混凝土梁，且主梁的顶板和底板内均设置有预应力钢筋束，所述预应力钢筋束呈通长布设；所述主梁的跨数为m跨且其由m个沿纵桥向由前至后布设的梁段拼接而成，前后相邻两个所述梁段之间通过一个桥梁下部支撑结构进行支撑，所述桥梁下部支撑结构的数量为m-1个，其中m为正整数且m≥2；

步骤二、桥梁挠度监测：通过所述桥梁挠度监测系统，对主梁上n个挠度监测点的挠度数据分别进行实时监测，并将监测得到的挠度监测数据同步传送至数据处理设备；

本步骤中，所述桥梁挠度监测系统监测得到的每个挠度监测点的挠度数据，均为该挠度监测点所处位置处因预应力损失和混凝土收缩与徐变引起的挠度数据；

步骤三、预应力损伤识别：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统所监测的挠度监测数据，采用数据处理设备对所监测桥梁的预应力损伤程度进行识别，过程如下：

步骤301、桥梁有限元模型建立：通过数据处理设备且调用有限元分析软件，建立所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型；

所述桥梁结构空间仿真模型为对所监测桥梁进行空间结构仿真分析的有限元模型；

步骤302、桥梁挠度监测数据处理：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备且调用回归计算模块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置的挠度监测数据随时间变化的曲线；

步骤303、预应力损失引起的挠度数据获取：采用数据处理设备且根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据；之后，根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因预应力损失引起的挠度数据随时间变化的曲线；

步骤304、损伤识别刚度矩阵建立，过程如下：

步骤3041、预应力钢筋束分组及编号：先对主梁内所设置的预应力钢筋束进行分组，将主梁内所设置预应力钢筋束分为M个预应力钢筋束组；再对M个所述预应力钢筋束组进行编号，M个所述预应力钢筋束组的编号分别为1、2、…、M；其中M＝2或2m-1，每个所述预应力钢筋束组中所有预应力钢筋束的预应力损伤程度均相同；

当M＝2时，2个所述预应力钢筋束组包括一个布设在主梁的顶板内的顶板预应力钢筋束组和一个布设在主梁的底板内的底板预应力钢筋束组；

当M＝2m-1时，2m-1个所述预应力钢筋束组包括m个分别布设在m个所述梁段的底板内的跨底预应力钢筋束组和m-1个分别布设在m-1个所述桥梁下部支撑结构上的跨顶预应力钢筋束组，m-1个所述跨顶预应力钢筋束组均位于主梁的顶板内；

m个所述梁段中位于最前侧的梁段和位于最后侧的梁段均为边跨梁段，m个所述梁段中除两个所述边跨梁段之间的梁段均为中部梁段，所述中部梁段的数量为m-2个；所述顶板预应力钢筋束组以m-2个所述中部梁段的中点为界分为m-1个所述跨顶预应力钢筋束组，所述底板预应力钢筋束组以m-1个所述桥梁下部支撑结构为界分为m个所述跨底预应力钢筋束组；

步骤3042、损伤识别刚度矩阵建立：根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备建立损伤识别刚度矩阵A；

所述损伤识别刚度矩阵A为n×M阶矩阵，损伤识别刚度矩阵A中第i行第j列的元素记作A_ij，其中i和j均为正整数，i＝1、2、…、n，j＝1、2、…、M；A_ij表示当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失程度为a％，其中a％为预先设计的用于建立损伤识别刚度矩阵的预应力损失程度值，a％≤50％；

其中，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A₂或矩阵A_M；

当M＝2时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A₂，矩阵 $A_2=\left[\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ s_{21}& a_{22}\\ ...& ...\\ a_{n1}& a_{n2}\end{array}\right];$

当M＝2m-1时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A_M，矩阵 $A_M=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& ...& a_{1M}\\ a_{21}& ...& a_{2M}\\ ...& ...& ...\\ a_{n1}& ...& a_{\mathrm{nM}}\end{array}\right];$

步骤305、预应力损伤识别：先根据步骤304中所建立的损伤识别刚度矩阵A，并结合步骤303中所得出的各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线，采用数据处理设备且按照公式D_t＝A·Δ_σt(1)，计算得出矩阵Δ_σt；之后，再根据计算得出的矩阵Δ_σt，计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度；

公式(1)中，矩阵D_t为由t时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据组成的列矩阵，且矩阵 $D_t=\left[\begin{array}{c}{d}_{1t}\\ d_{2t}\\ ...\\ d_{\mathrm{nt}}\end{array}\right],$ 矩阵D_t中的元素d_it表示t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据，d_it根据步骤303中所得出的编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线求得；

矩阵Δ_σt为由t时刻M个预应力钢筋束组的预应力损伤程度组成的列矩阵，且矩阵 ${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σt}}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σ}1t}\\ {\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σ}2t}\\ ...\\ {\mathrm{\Δ\σ}}_{\mathrm{Mt}}\end{array}\right],$ 矩阵Δ_σt中的元素Δ_σjt表示t时刻编号为j的预应力钢筋束组的相对预应力损失程度；

根据计算得出的矩阵Δ_σt对t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式Δσ_jt＝Δ_σjt×a×0.01(2)，计算得出t时刻编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失程度Δσ_jt。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤一中所述桥梁挠度监测系统为静力水准监测系统，所述挠度监测装置为静力水准仪，所述静力水准仪通过安装架安装在所监测桥梁的主梁上。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤301中所述有限元分析软件为桥梁工程软件Midas。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤302中进行桥梁挠度监测数据处理之前，先采用数据处理设备且根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线；其中，每个挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因环境温度引起的挠度数据随时间变化的曲线；

之后，根据所得出的各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线，对步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据进行修正，减去各挠度监测点的挠度监测数据中所包含的因环境温度引起的挠度数据，获得修正后的不同监测时间各挠度监测点的挠度监测数据；之后，根据修正后的不同监测时间各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备且调用回归计算模块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤一中进行桥梁挠度监测系统建立之前，先对n的取值大小和n个所述挠度监测点在主梁上的位置分别进行确定，各挠度监测点所处位置处主梁的横断面为挠度监测面，所述挠度监测面为主梁上易因预应力损伤出现病害的断面；

步骤3042中a％＝1％或10％，a＝1或10。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线之前，先根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，通过数据处理设备且调用回归计算模块，计算得出各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线；之后，根据所得出的各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据随时间变化的曲线。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤303中得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据之前，先根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备建立所监测桥梁的主梁的混凝土收缩与徐变模型，再根据所建立的混凝土收缩与徐变模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线时，采用数据处理设备得出多个不同时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；随后，根据所得出的多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据和各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据，得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，其中各时刻每个挠度监测点的相关系数均为该时刻该挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据与因预应力损失引起的挠度数据的比值；之后，根据所得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，通过数据处理设备拟合得出各挠度监测点的相关系数变化曲线；其中，每个挠度监测点的相关系数变化曲线均为该挠度监测点的相关系数随时间变化的曲线；t时刻编号为i的挠度监测点的相关系数，记作β_it；然后，根据所得出的各挠度监测点的相关系数变化曲线，并根据公式d_it＝D_it/(1+β_it)(3)，计算得出t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据d_it，公式(3)中D_it表示t时刻编号为i的挠度监测点的挠度数据，且D_it根据步骤302中得出的编号为i的挠度监测点的挠度变化曲线求得。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤三中进行预应力损失识别时，预应力损伤识别的初始时刻，记作t0；步骤305中计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度，为从预应力损伤识别的初始时刻t0至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组发生的预应力损失程度；

步骤305中计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度后，还需对从投入使用至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算；

对从投入使用至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式σ_jt＝σ_0j+Δσ_jt(4)，计算得出编号为j的预应力钢筋束组从投入使用至t时刻这一时间段内的预应力损失程度；其中，σ_0j为编号为j的预应力钢筋束组从投入使用至初始时刻t0这一时间段内的预应力损失程度；当初始时刻t0与编号为j的预应力钢筋束组的投入使用时间相同时，σ_0j＝0。

上述基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征是：步骤305中按照公式(1)对矩阵Δ_σt进行计算时，所述数据处理设备调用优化计算模块进行计算；并且，对矩阵Δ_σt进行计算之前，先构建优化函数调用所述优化计算模块对矩阵Δ_σt的各元素进行求解，并使优化函数f_con的值最小；优化函数f_con中，为根据计算得出的矩阵Δ_σt且按照公式(1)计算得出的t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据计算值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，根据实时监测得到的挠度监测数据，能同步计算得出各预应力钢筋束组的预应力损失程度。

2、省工省力，采用数据处理设备对实时监测得到的挠度监测数据进行分析处理，能在几分钟内得出各预应力钢筋束组的预应力损失程度，实际操作非常简便，能有效解决现有桥梁有效预应力检测方法不能准确快速得出预应力钢筋束的预应力损失程度这一实际问题，设计合理，实现方便。

3、识别精度高，所确定的预应力损失程度存在的误差小，将实时监测得到的挠度监测数据，与所建立所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型相结合，对各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行预测、识别，对桥梁结构无任何损伤，并且识别精度高，所得出的预应力损失程度的可靠性高。

4、由所采用的桥梁挠度监测系统能持续监测桥梁挠度，故可持续监测连续刚构桥的预应力损伤程度，能简便、快速得出所监测桥梁使用过程中各时刻的预应力损伤程度，因而能有效确保桥梁安全，一定程度上避免重大事故发生，其经济效益难以估算。

5、实用性强且推广应用价值高，能有效解决现有有效预应力检测方法存在的技术不成熟、费时费力、检测结果不可靠等问题，对桥梁检测及维修加固具有极其深远的意义。本发明简单、方便且便于实际应用，检测结果较可靠，可根据检测得到挠度实测值，实时得到预应力损伤状态，实用价值高，推广应用价值广泛。所得出的桥梁预应力损伤程度，与桥梁预应力损伤状态非常接近，可满足工程应用需要。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便完成连续刚构桥的预应力损伤识别过程，并且识别结果的可靠性较高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明所采用桥梁挠度监测系统的电路原理框图。

图3为本发明所采用挠度监测点的布设位置示意图。

图3-1为采用本发明所获得5#挠度监测点的挠度监测结果示意图。

图3-2为采用本发明所获得11#挠度监测点的挠度监测结果示意图。

图3-3为采用本发明所获得3#挠度监测点的挠度监测结果示意图。

图3-4为采用本发明所获得4#挠度监测点的挠度监测结果示意图。

图4-1为采用本发明1#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-2为采用本发明2#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-3为采用本发明4#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-4为采用本发明4#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-5为采用本发明6#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-6为采用本发明6#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-7为采用本发明7#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-8为采用本发明8#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-9为采用本发明9#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-10为采用本发明10#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-11为采用本发明11#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

图4-12为采用本发明12#挠度监测点的相关系数变化曲线示意图。

附图标记说明:

1—主梁；          2—数据处理设备；  3—挠度监测装置；

4—数据采集装置；  5—桥墩；          6—支墩。

具体实施方式

如图1所示的一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，包括以下步骤：

步骤一、桥梁挠度监测系统建立：所监测桥梁施工完成后，建立对所监测桥梁进行挠度监测的桥梁挠度监测系统。

如图2所示，所述桥梁挠度监测系统包括n个对所布设位置处的挠度数据进行实时监测的挠度监测装置3和一个与n个所述挠度监测装置3相接的数据采集装置4，所述数据采集装置4与数据处理设备2相接；其中，n为正整数且n≥3。

n个所述挠度监测装置3均布设在所监测桥梁的主梁1上，且n个所述挠度监测装置3沿所监测桥梁的纵桥向由前至后布设；n个所述挠度监测装置3分别布设在n个所述挠度监测点上；n个所述挠度监测点的编号分别为1、2、…、n。

所监测桥梁为连续刚构桥，所述连续刚构桥的主梁1为混凝土梁，且主梁1的顶板和底板内均设置有预应力钢筋束，所述预应力钢筋束呈通长布设；所述主梁1的跨数为m跨且其由m个沿纵桥向由前至后布设的梁段拼接而成，前后相邻两个所述梁段之间通过一个桥梁下部支撑结构进行支撑，所述桥梁下部支撑结构的数量为m-1个，其中m为正整数且m≥2。

本实施例中，步骤一中所述桥梁挠度监测系统为静力水准监测系统，所述挠度监测装置3为静力水准仪，所述静力水准仪通过安装架安装在所监测桥梁的主梁1上。

实际使用时，也可以采用其它类型的桥梁挠度监测系统，如基于GPS的桥梁挠度监测系统。

但采用静力水准监测系统的费用相对较低，并且实际安装布设方便。本实施例中，且所述安装架的数量为多个且其数量与所述静力水准仪的数量相同。多个所述安装架沿所监测桥梁的纵桥向由前至后布设。

步骤二、桥梁挠度监测：通过所述桥梁挠度监测系统，对主梁1上n个挠度监测点的挠度数据分别进行实时监测，并将监测得到的挠度监测数据同步传送至数据处理设备2。

本步骤中，所述桥梁挠度监测系统监测得到的每个挠度监测点的挠度数据，均为该挠度监测点所处位置处因预应力损失和混凝土收缩与徐变引起的挠度数据。也就是说，所述桥梁挠度监测系统监测得到的每个挠度监测点的挠度数据，均为该挠度监测点所处位置处因预应力损失引起的挠度数据与因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据之和。

步骤三、预应力损伤识别：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统所监测的挠度监测数据，采用数据处理设备2对所监测桥梁的预应力损伤程度进行识别，过程如下：

步骤301、桥梁有限元模型建立：通过数据处理设备2且调用有限元分析软件，建立所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型；

所述桥梁结构空间仿真模型为对所监测桥梁进行空间结构仿真分析的有限元模型；

步骤302、桥梁挠度监测数据处理：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备2且调用回归计算模块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置的挠度监测数据随时间变化的曲线；

步骤303、预应力损失引起的挠度数据获取：采用数据处理设备2且根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据；之后，根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因预应力损失引起的挠度数据随时间变化的曲线；

步骤304、损伤识别刚度矩阵建立，过程如下：

步骤3041、预应力钢筋束分组及编号：先对主梁1内所设置的预应力钢筋束进行分组，将主梁1内所设置预应力钢筋束分为M个预应力钢筋束组；再对M个所述预应力钢筋束组进行编号，M个所述预应力钢筋束组的编号分别为1、2、…、M；其中M＝2或2m-1，每个所述预应力钢筋束组中所有预应力钢筋束的预应力损伤程度均相同；

当M＝2时，2个所述预应力钢筋束组包括一个布设在主梁1的顶板内的顶板预应力钢筋束组和一个布设在主梁1的底板内的底板预应力钢筋束组；

当M＝2m-1时，2m-1个所述预应力钢筋束组包括m个分别布设在m个所述梁段的底板内的跨底预应力钢筋束组和m-1个分别布设在m-1个所述桥梁下部支撑结构上的跨顶预应力钢筋束组，m-1个所述跨顶预应力钢筋束组均位于主梁1的顶板内；

m个所述梁段中位于最前侧的梁段和位于最后侧的梁段均为边跨梁段，m个所述梁段中除两个所述边跨梁段之间的梁段均为中部梁段，所述中部梁段的数量为m-2个；所述顶板预应力钢筋束组以m-2个所述中部梁段的中点为界分为m-1个所述跨顶预应力钢筋束组，所述底板预应力钢筋束组以m-1个所述桥梁下部支撑结构为界分为m个所述跨底预应力钢筋束组；

步骤3042、损伤识别刚度矩阵建立：根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备2建立损伤识别刚度矩阵A；

所述损伤识别刚度矩阵A为n×M阶矩阵，损伤识别刚度矩阵A中第i行第j列的元素记作A_ij，其中i和j均为正整数，i＝1、2、…、n，j＝1、2、…、M；A_ij表示当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失程度为a％，其中a％为预先设计的用于建立损伤识别刚度矩阵的预应力损失程度值，a％≤50％；

其中，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A₂或矩阵A_M；

当M＝2时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A₂，矩阵 $A_2=\left[\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ s_{21}& a_{22}\\ ...& ...\\ a_{n1}& a_{n2}\end{array}\right];$

当M＝2m-1时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A_M，矩阵 $A_M=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& ...& a_{1M}\\ a_{21}& ...& a_{2M}\\ ...& ...& ...\\ a_{n1}& ...& a_{\mathrm{nM}}\end{array}\right];$

步骤305、预应力损伤识别：先根据步骤304中所建立的损伤识别刚度矩阵A，并结合步骤303中所得出的各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线，采用数据处理设备2且按照公式D_t＝A·Δ_σt(1)，计算得出矩阵Δ_σt；之后，再根据计算得出的矩阵Δ_σt，计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度；

公式(1)中，矩阵D_t为由t时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据组成的列矩阵，且矩阵 $D_t=\left[\begin{array}{c}{d}_{1t}\\ d_{2t}\\ ...\\ d_{\mathrm{nt}}\end{array}\right],$ 矩阵D_t中的元素d_it表示t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据，d_it根据步骤303中所得出的编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线求得；

矩阵Δ_σt为由t时刻M个预应力钢筋束组的预应力损伤程度组成的列矩阵，且矩阵 ${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σt}}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σ}1t}\\ {\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σ}2t}\\ ...\\ {\mathrm{\Δ\σ}}_{\mathrm{Mt}}\end{array}\right],$ 矩阵Δ_σt中的元素Δ_σjt表示t时刻编号为j的预应力钢筋束组的相对预应力损失程度；

根据计算得出的矩阵Δ_σt对t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式Δσ_jt＝Δ_σjt×a×0.01(2)，计算得出t时刻编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失程度Δσ_jt。

其中，d_it为步骤303中所得出的编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线中，t时刻对应的挠度数据。

本实施例中，采用数据处理设备2建立损伤识别刚度矩阵A时，根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，对各预应力钢筋束组发生不同程度预应力损伤时引起的n个挠度监测点的挠度数据进行确定，其中各挠度监测点的挠度数据均为该挠度监测点所处挠度监测面在垂直于主梁1的轴线上的线位移。损伤识别刚度矩阵A中的元素A_ij，表示当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为i的挠度监测点在垂直于主梁1的轴线上的线位移。

在预应力混凝土构件施工及使过程中，预应力钢筋的张拉应力值是不断降低的，称为预应力损失。

实际使用过程中，对当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据进行确定时，利用所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，先是编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％，具体是：与初始张拉应力值相比，将编号为j的预应力钢筋束组的张拉应力值降低a％，此时编号为j的预应力钢筋束组的张拉应力值σ_j＝σ_j0·(1-a％)，其中σ_j0为编号为j的预应力钢筋束组的初始张拉应力值；之后，对编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，n个挠度监测点所处挠度监测面在垂直于主梁1的轴线上的线位移进行确定。

本实施例中，步骤一中所述有限元分析软件为桥梁工程软件Midas。

实际使用过程中，所述有限元分析软件也可采用其它类型的桥梁空间结构仿真软件。

本实施例中，步骤一中进行桥梁挠度监测系统建立之前，先对n的取值大小和n个所述挠度监测点在主梁1上的位置分别进行确定，各挠度监测点所处位置处主梁1的横断面为挠度监测面，所述挠度监测面为主梁1上易因预应力损伤出现病害的断面。

如图3所示，本实施例中，所述主梁1为(80+4×160+80)米的预应力混凝土连续刚构梁，其中m＝6。主梁1的6个所述梁段中包括2个所述边跨梁段和4个所述中部梁段，其中2个所述边跨梁段的长度均为80米，4个所述中部梁段的长度均为160m，所述桥梁下部支撑结构为桥墩5，所述主梁1的前后两端分别支撑在两个支墩6上。

根据经验，在连续刚构桥中，易因预应力损伤出现病害的断面一般出现在各桥跨的跨中。本实施例中，每个所述边跨梁段上所布设挠度监测点的数量均为1个，且该挠度监测点的位于所处边跨梁段的中部。每个所述总部梁段上所布设挠度监测点的数量均为2个或3个：当所述中部梁段上所布设挠度监测点的数量为2个时，2个所述挠度监测点包括1个布设在所处中部梁段中部的挠度监测点和1个布设在所处中部梁段的中部与该中部梁段的前端或后端之间中部的挠度监测点，也就是说，1个挠度监测点与所处中部梁段前端之间的间距为0.5L，另一个挠度监测点与所处中部梁段前端之间的间距为0.75L，其中L为所处中部梁段的长度；当所述中部梁段上所布设挠度监测点的数量为3个时，3个所述挠度监测点包括1个布设在所处中部梁段中部的挠度监测点以及2个分别布设在所处中部梁段的中部与该中部梁段的前端和后端之间中部的挠度监测点，也就是说，1个挠度监测点与所处中部梁段前端之间的间距为0.5L，一个挠度监测点与所处中部梁段前端之间的间距为0.25L，第三个挠度监测点与所处中部梁段前端之间的间距为0.75L。

本实施例中，主梁1的6个所述梁段沿纵桥向由前至后分别为第一梁段、第二梁段、第三梁段、第四梁段、第五梁段和第六梁段，其中第一梁段和第六梁段均为边跨梁段，第二梁段、第三梁段、第四梁段和第五梁段均为中部梁段。所述主梁1上所布设挠度监测点的总数量为12个，即n＝12。12个所述挠度监测点沿纵桥向由前至后布设，且12个所述挠度监测点的编号由前至后分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12，12个所述挠度监测点由前至后分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#和12#挠度监测点。

其中，所述第一梁段和第六梁段上所布设挠度监测点的数量均为一个，所述第二梁段和第五梁段上所布设挠度监测点的数量均为两个，所述第三梁段和第四梁段上所布设挠度监测点的数量均为三个。

并且，所述第一梁段上所布设的挠度监测点为1#挠度监测点且其位于第一梁段的中部，所述第六梁段上所布设的挠度监测点为12#挠度监测点且其位于第六梁段的中部；所述第二梁段上所布设的挠度监测点为2#挠度监测点和3#挠度监测点，2#挠度监测点与所述第二梁段前端之间的间距为0.5L₂，3#挠度监测点与所述第二梁段前端之间的间距为0.75L₂，其中L₂为所述第二梁段的长度；所述第五梁段上所布设的挠度监测点为10#挠度监测点和11#挠度监测点，10#挠度监测点与所述第五梁段前端之间的间距为0.25L₅，10#挠度监测点与所述第五梁段前端之间的间距为0.5L₅，其中L₅为所述第五梁段的长度；所述第三梁段上所布设的挠度监测点为4#挠度监测点、5#挠度监测点和6#挠度监测点，4#挠度监测点与所述第三梁段前端之间的间距为0.25L₃，5#挠度监测点与所述第三梁段前端之间的间距为0.5L₃，6#挠度监测点与所述第三梁段前端之间的间距为0.75L₃，其中L₃为所述第三梁段的长度；所述第四梁段上所布设的挠度监测点为7#挠度监测点、8#挠度监测点和9#挠度监测点，7#挠度监测点与所述第四梁段前端之间的间距为0.25L₄，8#挠度监测点与所述第四梁段前端之间的间距为0.5L₄，9#挠度监测点与所述第四梁段前端之间的间距为0.75L₄，其中L₄为所述第四梁段的长度。

综上，对n个所述挠度监测点的位置进行确定时，按照突破口理论进行确定。将主梁1上易因预应力损伤出现病害的断面作为挠度监测面，其中易因预应力损伤出现病害的断面为桥梁结构薄弱截面。

本实施例中，步骤二进行桥梁挠度监测时，通过所述桥梁挠度监测系统，对主梁1上n个挠度监测点的挠度数据分别进行实时监测，因而所述桥梁挠度监测系统监测得到的挠度监测数据为在各种荷载作用下对实桥进行监测获得的挠度数据。

并且，还需通过数据处理设备2对所述桥梁挠度监测系统监测得到的挠度监测数据进行同步记录。

本实施例中，所述数据处理设备2为PC机。

本实施例中，步骤302中进行桥梁挠度监测数据处理之前，先采用数据处理设备2且根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线；其中，每个挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因环境温度引起的挠度数据随时间变化的曲线。

之后，根据所得出的各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线，对步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据进行修正，减去各挠度监测点的挠度监测数据中所包含的因环境温度引起的挠度数据，获得修正后的不同监测时间各挠度监测点的挠度监测数据；之后，根据修正后的不同监测时间各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备2且调用回归计算模块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线。

也就是说，本实施例中，各挠度监测点的挠度变化曲线中，t时刻对应的挠度监测数据均为修正后的挠度监测数据。

实际使用过程中，也可以不对所述桥梁挠度监测系统监测得到的挠度监测数据进行修正，此时各挠度监测点的挠度变化曲线中，t时刻对应的挠度监测数据均为所述桥梁挠度监测系统监测得到的挠度监测数据。

但根据所得出的各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线，对步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据进行修正后，能排除环境温度因素对桥梁挠度的影响，从而能更有效、准确地识别预应力损伤程度。

本实施例中，采用数据处理设备2得出各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线时，所述数据处理设备2且调用回归计算模块进行回归分析，具体是按照一元回归分析方法进行回归分析，得出各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线。其中，各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线，均以所监测桥梁的使用时间为横坐标，以桥梁的挠度为纵坐标；

并且，通过数据处理设备2且调用回归计算模块得出各挠度监测点的挠度变化曲线时，所述调用回归计算模块通过回归分析(具体是按照一元回归分析方法进行回归分析)，得出各挠度监测点的挠度变化曲线。

本实施例中，所述第三梁段的跨中挠度监测结果详见图3-1，所述第三梁段的跨中主梁挠度监测结果为5#挠度监测点所处位置的挠度监测结果；所述第五梁段的跨中主梁挠度监测结果详见图3-2，所述第五梁段的跨中主梁挠度监测结果为11#挠度监测点所处位置的挠度监测结果；所述第二梁段的四分点主梁挠度监测结果详见图3-3，所述第二梁段的四分点主梁挠度监测结果为3#挠度监测点所处位置的挠度监测结果；所述第三梁段的四分点主梁挠度监测结果详见图3-4，此处所述第三梁段的四分点主梁挠度监测结果为4#挠度监测点所处位置的挠度监测结果。并且，图3-1、图3-2、图3-3和图3-4中，分别给出了5#挠度监测点、11#挠度监测点、3#挠度监测点和4#挠度监测点因环境温度引起的挠度数据变化情况。

实际使用时，步骤3042中a％＝1％或10％，a＝1或10。

本实施例中，步骤3042中a％＝10％，a＝10。实际使用过程中，可根据具体需要，对a的取值大小进行相应调整。

本实施例中，步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线之前，先根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，通过数据处理设备2且调用回归计算模块，计算得出各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线；之后，根据所得出的各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据随时间变化的曲线。

本实施例中，调用所述回归计算模块对各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线进行计算时，按照二元回归分析法进行回归分析，得出各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线。

本实施例中，步骤303中得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据之前，先根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备2建立所监测桥梁的主梁1的混凝土收缩与徐变模型，再根据所建立的混凝土收缩与徐变模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据。

并且，所述混凝土收缩与徐变模型包括不同时刻主梁1的混凝土收缩与徐变情况。由于所述混凝土收缩与徐变模型主要由主梁1所采用的混凝土配比与混凝土浇筑情况进行确定，所述混凝土收缩与徐变模型的建立方法采用常规的混凝土收缩与徐变模型的建模方法进行建立。本实施例中，采用桥梁工程软件Midas能直接获得混凝土收缩与徐变模型，并能直接获得多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，从而得出各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线。

本实施例中，步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线时，采用数据处理设备2得出多个不同时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；随后，根据所得出的多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据和各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据，得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，其中各时刻每个挠度监测点的相关系数均为该时刻该挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据与因预应力损失引起的挠度数据的比值；之后，根据所得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，通过数据处理设备2拟合得出各挠度监测点的相关系数变化曲线；其中，每个挠度监测点的相关系数变化曲线均为该挠度监测点的相关系数随时间变化的曲线；t时刻编号为i的挠度监测点的相关系数，记作β_it；然后，根据所得出的各挠度监测点的相关系数变化曲线，并根据公式d_it＝D_it/(1+β_it)(3)，计算得出t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据d_it，公式(3)中D_it表示t时刻编号为i的挠度监测点的挠度数据，且D_it根据步骤302中得出的编号为i的挠度监测点的挠度变化曲线求得。

其中，D_it为步骤302中得出的编号为i的挠度监测点的挠度变化曲线中，t时刻对应的挠度监测数据。

本实施例中，步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线时，根据所得出的各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线，便能直接得出多个不同时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据。

实际使用过程中，也可以根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备2分析得出所监测桥梁中多个不同时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据。

本实施例中，根据所得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，通过数据处理设备2拟合得出各挠度监测点的相关系数变化曲线时，按照数据处理设备2利用二次函数拟合方法，拟合得出各挠度监测点的相关系数变化曲线对应的函数。再根据所得出的各挠度监测点的相关系数变化曲线，并根据公式(3)得出t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据d_it，将混凝土收缩与徐变引起的长期挠度数据从挠度监测数据中剥离，最终得到各挠度监测点由于预应力损失引起的挠度数据。

本实施例中，所述主梁1上12个挠度监测点在使用后第一年、第二年、第三年、第四年、第五年、第六年、第七年、第八年、第九年和第十年时的相关系数，详见表1：

表1 各挠度监测点的相关系数列表

挠度监测点	第一年	第二年	第三年	第四年	第五年	第六年	第七年	第八年	第九年	第十年
											1#	-14.9	-9.1	-6.6	-5	-3.9	-2.9	-2.1	-1.3	-0.6	0.1

2#	9.8	9.2	9	8.9	8.9	8.9	8.9	8.9	8.9	9
											3#	2.8	2.9	2.9	2.9	3	3	3	3.1	3.1	3.1
4#	5.5	5.6	5.7	5.8	5.9	6	6.1	6.2	6.2	6.3
											5#	4.1	4	4	4	4.1	4.1	4.2	4.3	4.3	4.4
6#	13.5	13.1	13.1	13.2	13.3	13.4	13.6	13.7	13.8	13.9
											7#	12.2	12	12.1	12.2	12.3	12.4	12.6	12.7	12.8	12.9
8#	4.4	4.3	4.3	4.4	4.4	4.5	4.6	4.6	4.7	4.7
											9#	6.3	6.5	6.7	6.9	7	7.1	7.2	7.3	7.4	7.5
10#	3.1	3.2	3.2	3.3	3.3	3.4	3.4	3.5	3.5	3.5
											11#	10.4	9.9	9.7	9.7	9.7	9.7	9.7	9.7	9.8	9.8
12#	-15.8	-8.4	-5.3	-3.3	-1.9	-0.6	0.4	1.4	2.2	3

表1中，相关系数为负，表示该时刻该挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化与因预应力损失引起的挠度变化方向相反。

本实施例中，12个挠度监测点的相关系数变化曲线，详见图4-1、图4-2、图4-3、图4-4、图4-5、图4-6、图4-7、图4-8、图4-9、图4-10、图4-11和图4-12。

本实施例中，M＝2。

也就是说，将主梁1内所设置的预应力钢筋束分为两个所述预应力钢筋束组，两个所述预应力钢筋束组分别为顶板预应力钢筋束组和底板预应力钢筋束组。

实际使用时，也可以将主梁1内所设置的预应力钢筋束划分为2m-1个所述预应力钢筋束组，具体是将所述顶板预应力钢筋束组再细分为m-1个所述跨顶预应力钢筋束组，将所述底板预应力钢筋束组再细分为m个所述跨底预应力钢筋束组。

本实施例中，步骤三中进行预应力损失识别时，预应力损伤识别的初始时刻，记作t0；步骤305中计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度，为从预应力损伤识别的初始时刻t0至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组发生的预应力损失程度；

步骤305中计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度后，还需对从投入使用至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算；

对从投入使用至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式σ_jt＝σ_0j+Δσ_jt(4)，计算得出编号为j的预应力钢筋束组从投入使用至t时刻这一时间段内的预应力损失程度；其中，其中，σ_0j为编号为j的预应力钢筋束组从投入使用至初始时刻t0这一时间段内的预应力损失程度；当初始时刻t0与编号为j的预应力钢筋束组的投入使用时间相同时，σ_0j＝0。实际使用时，σ_0j为已知值。

也就是说，步骤305中计算得出t时刻每个预应力钢筋束组的预应力损失程度Δσ_jt，是指从初始时刻t0至t时刻这一时间段内该预应力钢筋束组的张拉应力值降低量占初始时刻t0该预应力钢筋束组的张拉应力值的百分比。从投入使用至t时刻这一时间段内每个预应力钢筋束组的预应力损失程度，是指从投入使用至t时刻这一时间段内该预应力钢筋束组的张拉应力值降低量占投入使用时该预应力钢筋束组的张拉应力值的百分比。

本实施例中，初始时刻t0与编号为j的预应力钢筋束组的投入使用时间相同，即从编号为j的预应力钢筋束组的投入使用时开始进行预应力损伤识别。

本实施例中，M个所述预应力钢筋束组的投入使用时间均相同，且每个所述预应力钢筋束组的投入使用时间均为该预应力钢筋束组的预应力张拉完成时间。投入使用时每个所述预应力钢筋束组的张拉应力值，均为该预应力钢筋束组的初始张拉应力值。

本实施例中，步骤305中按照公式(1)对矩阵Δ_σt进行计算时，所述数据处理设备2调用优化计算模块进行计算；并且，对矩阵Δ_σt进行计算之前，先构建优化函数调用所述优化计算模块对矩阵Δ_σt的各元素进行求解，并使优化函数f_con的值最小；优化函数f_con中，为根据计算得出的矩阵Δ_σt且按照公式(1)计算得出的t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据计算值。

由于各预应力钢筋束组的有效预应力损失(即张拉应力值降低)时，f_con＞0，通过不断调整矩阵Δ_σt中各元素的数值，便能找到一个矩阵Δ_σt使得优化函数f_con的值最小，则认为此时所找到的矩阵Δ_σt最接近所监测桥梁的真实状态，该调整过程属多变量极小值优化的过程。本实施例中，采用Matlab软件进行求解。

本实施例中，采用Matlab软件进行求解时，调用Nleder-Mead算法进行优化计算，该算法利用多面体来逐步逼近最佳点，未利用任何求导运算，但收敛速度较慢，利用二维空间的多边形逼近，最终得到预测精度，有效保证预应力损伤识别精度。

本实施例中，损伤识别刚度矩阵 $A_2={10}^{-5}\×\begin{array}{}\end{array}\left[\begin{array}{cc}15.71& -20.81\\ -113.97& -32.05\\ -258.07& -132.24\\ -86.41& -36.23\\ -194.05& -113.14\\ -63.5& -26.82\\ -65.27& -28.30\\ -192.63& -113.15\\ -91.36& -38.16\\ -265.32& -134.56\\ -118.16& -32.95\\ -18.81& -20.36\end{array}\right];$ 并且，计算得出一年后，主梁1的顶板内预应力平均损失为0.61％，主梁1的底板内预应力平均损失为0.33％，即所述顶板预应力钢筋束组的预应力损失程度为0.61％，所述底板预应力钢筋束组的预应力损失程度为0.33％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、桥梁挠度监测系统建立：所监测桥梁施工完成后，建立对所监测桥梁进行挠度监测的桥梁挠度监测系统；

所述桥梁挠度监测系统包括n个对所布设位置处的挠度数据进行实时监测的挠度监测装置(3)和一个与n个所述挠度监测装置(3)相接的数据采集装置(4)，所述数据采集装置(4)与数据处理设备(2)相接；其中，n为正整数且n≥3；

n个所述挠度监测装置(3)均布设在所监测桥梁的主梁上，且n个所述挠度监测装置(3)沿所监测桥梁的纵桥向由前至后布设；n个所述挠度监测装置(3)分别布设在n个所述挠度监测点上；n个所述挠度监测点的编号分别为1、2、…、n；

所监测桥梁为连续刚构桥，所述连续刚构桥的主梁(1)为混凝土梁，且主梁(1)的顶板和底板内均设置有预应力钢筋束，所述预应力钢筋束呈通长布设；所述主梁(1)的跨数为m跨且其由m个沿纵桥向由前至后布设的梁段拼接而成，前后相邻两个所述梁段之间通过一个桥梁下部支撑结构进行支撑，所述桥梁下部支撑结构的数量为m-1个，其中m为正整数且m≥2；

步骤二、桥梁挠度监测：通过所述桥梁挠度监测系统，对主梁(1)上n个挠度监测点的挠度数据分别进行实时监测，并将监测得到的挠度监测数据同步传送至数据处理设备(2)；

本步骤中，所述桥梁挠度监测系统监测得到的每个挠度监测点的挠度数据，均为该挠度监测点所处位置处因预应力损失和混凝土收缩与徐变引起的挠度数据；

步骤三、预应力损伤识别：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统所监测的挠度监测数据，采用数据处理设备(2)对所监测桥梁的预应力损伤程度进行识别，过程如下：

步骤301、桥梁有限元模型建立：通过数据处理设备(2)且调用有限元分析软件，建立所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型；

所述桥梁结构空间仿真模型为对所监测桥梁进行空间结构仿真分析的有限元模型；

步骤302、桥梁挠度监测数据处理：根据步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备(2)且调用回归计算模块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置的挠度监测数据随时间变化的曲线；

步骤303、预应力损失引起的挠度数据获取：采用数据处理设备(2)且根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据；之后，根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因预应力损失引起的挠度数据随时间变化的曲线；

步骤304、损伤识别刚度矩阵建立，过程如下：

步骤3041、预应力钢筋束分组及编号：先对主梁(1)内所设置的预应力钢筋束进行分组，将主梁(1)内所设置预应力钢筋束分为M个预应力钢筋束组；再对M个所述预应力钢筋束组进行编号，M个所述预应力钢筋束组的编号分别为1、2、…、M；其中M＝2或2m-1，每个所述预应力钢筋束组中所有预应力钢筋束的预应力损伤程度均相同；

当M＝2时，2个所述预应力钢筋束组包括一个布设在主梁(1)的顶板内的顶板预应力钢筋束组和一个布设在主梁(1)的底板内的底板预应力钢筋束组；

当M＝2m-1时，2m-1个所述预应力钢筋束组包括m个分别布设在m个所述梁段的底板内的跨底预应力钢筋束组和m-1个分别布设在m-1个所述桥梁下部支撑结构上的跨顶预应力钢筋束组，m-1个所述跨顶预应力钢筋束组均位于主梁(1)的顶板内；

m个所述梁段中位于最前侧的梁段和位于最后侧的梁段均为边跨梁段，m个所述梁段中除两个所述边跨梁段之间的梁段均为中部梁段，所述中部梁段的数量为m-2个；所述顶板预应力钢筋束组以m-2个所述中部梁段的中点为界分为m-1个所述跨顶预应力钢筋束组，所述底板预应力钢筋束组以m-1个所述桥梁下部支撑结构为界分为m个所述跨底预应力钢筋束组；

步骤3042、损伤识别刚度矩阵建立：根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备(2)建立损伤识别刚度矩阵A；

所述损伤识别刚度矩阵A为n×M阶矩阵，损伤识别刚度矩阵A中第i行第j列的元素记作A_ij，其中i和j均为正整数，i＝1、2、…、n，j＝1、2、…、M；A_ij表示当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；当编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失a％时，编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失程度为a％，其中a％为预先设计的用于建立损伤识别刚度矩阵的预应力损失程度值，a％≤50％；

其中，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A₂或矩阵A_M；

当M＝2时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A₂，矩阵 $A_2=\left[\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\\ ...& ...\\ a_{n1}& a_{n2}\end{array}\right];$

当M＝2m-1时，损伤识别刚度矩阵A为矩阵A_M，矩阵 $A_M=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& ...& a_{1M}\\ a_{21}& ...& a_{2M}\\ ...& ...& ...\\ a_{n1}& ...& a_{\mathrm{nM}}\end{array}\right];$

步骤305、预应力损伤识别：先根据步骤304中所建立的损伤识别刚度矩阵A，并结合步骤303中所得出的各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线，采用数据处理设备(2)且按照公式D_t＝A·Δ_σt(1)，计算得出矩阵Δ_σt；之后，再根据计算得出的矩阵Δ_σt，计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度；

公式(1)中，矩阵D_t为由t时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据组成的列矩阵，且矩阵 $D_t=\left[\begin{array}{c}{d}_{1t}\\ d_{2t}\\ ...\\ d_{\mathrm{nt}}\end{array}\right],$ 矩阵D_t中的元素d_it表示t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据，d_it根据步骤303中所得出的编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线求得；

矩阵Δ_σt为由t时刻M个预应力钢筋束组的预应力损伤程度组成的列矩阵，且矩阵 ${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σt}}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σ}1t}\\ {\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σ}2t}\\ ...\\ {\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\σMt}}\end{array}\right],$ 矩阵Δ_σt中的元素Δ_σjt表示t时刻编号为j的预应力钢筋束组的相对预应力损失程度；

根据计算得出的矩阵Δ_σt对t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式Δσ_jt＝Δ_σjt×a×0.01(2)，计算得出t时刻编号为j的预应力钢筋束组的预应力损失程度Δσ_jt。

2.按照权利要求1所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤一中所述桥梁挠度监测系统为静力水准监测系统，所述挠度监测装置(3)为静力水准仪，所述静力水准仪通过安装架安装在所监测桥梁的主梁(1)上。

3.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤301中所述有限元分析软件为桥梁工程软件Midas。

4.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤302中进行桥梁挠度监测数据处理之前，先采用数据处理设备(2)且根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，得出各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线；其中，每个挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因环境温度引起的挠度数据随时间变化的曲线；

之后，根据所得出的各挠度监测点因环境温度引起的挠度变化曲线，对步骤二中所述桥梁挠度监测系统在不同监测时间监测得到的各挠度监测点的挠度监测数据进行修正，减去各挠度监测点的挠度监测数据中所包含的因环境温度引起的挠度数据，获得修正后的不同监测时间各挠度监测点的挠度监测数据；之后，根据修正后的不同监测时间各挠度监测点的挠度监测数据，通过数据处理设备(2)且调用回归计算模块，得出各挠度监测点的挠度变化曲线。

5.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤一中进行桥梁挠度监测系统建立之前，先对n的取值大小和n个所述挠度监测点在主梁(1)上的位置分别进行确定，各挠度监测点所处位置处主梁(1)的横断面为挠度监测面，所述挠度监测面为主梁(1)上易因预应力损伤出现病害的断面；

步骤3042中a％＝1％或10％，a＝1或10。

6.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线之前，先根据多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据，通过数据处理设备(2)且调用回归计算模块，计算得出各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线；之后，根据所得出的各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线，并结合步骤302中各挠度监测点的挠度变化曲线，得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线；

其中，每个挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度变化曲线均为该挠度监测点所处位置因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据随时间变化的曲线。

7.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤303中得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据之前，先根据步骤301中所建立的所监测桥梁的桥梁空间结构仿真模型，采用数据处理设备(2)建立所监测桥梁的主梁(1)的混凝土收缩与徐变模型，再根据所建立的混凝土收缩与徐变模型，得出多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据。

8.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤303中得出各挠度监测点因预应力损失引起的挠度变化曲线时，采用数据处理设备(2)得出多个不同时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；随后，根据所得出的多个不同时刻各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据和各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据，得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，其中各时刻每个挠度监测点的相关系数均为该时刻该挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度数据与因预应力损失引起的挠度数据的比值；之后，根据所得出多个不同时刻各挠度监测点的相关系数，通过数据处理设备(2)拟合得出各挠度监测点的相关系数变化曲线；其中，每个挠度监测点的相关系数变化曲线均为该挠度监测点的相关系数随时间变化的曲线；t时刻编号为i的挠度监测点的相关系数，记作β_it；然后，根据所得出的各挠度监测点的相关系数变化曲线，并根据公式d_it＝D_it/(1+β_it)(3)，计算得出t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据d_it，公式(3)中D_it表示t时刻编号为i的挠度监测点的挠度数据，且D_it根据步骤302中得出的编号为i的挠度监测点的挠度变化曲线求得。

9.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤三中进行预应力损失识别时，预应力损伤识别的初始时刻，记作t0；步骤305中计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度，为从预应力损伤识别的初始时刻t0至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组发生的预应力损失程度；

步骤305中计算得出t时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度后，还需对从投入使用至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算；

对从投入使用至t时刻这一时间段内各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式σ_jt＝σ_0j+Δσ_jt(4)，计算得出编号为j的预应力钢筋束组从投入使用至t时刻这一时间段内的预应力损失程度；其中，σ_0j为编号为j的预应力钢筋束组从投入使用至初始时刻t0这一时间段内的预应力损失程度；当初始时刻t0与编号为j的预应力钢筋束组的投入使用时间相同时，σ_0j＝0。

10.按照权利要求1或2所述的基于挠度监测的连续刚构桥预应力损伤识别方法，其特征在于：步骤305中按照公式(1)对矩阵Δ_σt进行计算时，所述数据处理设备(2)调用优化计算模块进行计算；并且，对矩阵Δ_σ进行计算之前，先构建优化函数调用所述优化计算模块对矩阵Δ_σt的各元素进行求解，并使优化函数f_con的值最小；优化函数f_con中，为根据计算得出的矩阵Δ_σt且按照公式(1)计算得出的t时刻编号为i的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据计算值。