CN115435990A - 用于城市交通工程的u型梁的施工监测装置、方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测装置、方法及设备，其中，施工监测装置包括：若干应变监测单元，埋设于U型梁上预设的监测点位，并用于获取与监测点位对应的至少部分结构的应变数据；图像撷取单元，用于捕获定位标记物的图像，定位标记物对应于监测点位设置；分析处理单元，配置为基于应变监测单元获取的应变数据形成与对应于监测点位的具有时序变化性的第一应变‑载荷关系曲线，和基于图像撷取单元获取的包含有定位标记物的图像数据形成对应于监测点位的具有时序变化性的第二应变‑载荷关系曲线，以及依据随载荷而变化的预设权重执行对第一应变‑载荷关系曲线和第二应变‑载荷关系曲线的权重分配形成第三应变‑载荷关系曲线。

Description

用于城市交通工程的U型梁的施工监测装置、方法及设备

技术领域

本发明涉及轨道监测技术领域，尤其涉及一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测装置、方法及设备。

背景技术

城市轨道交通通常采用地铁或高架桥的形式，高架桥的优点是施工周期短、造价相对较低、线路适应能力较强。随着城市轨道交通工程的快速发展，U型梁的使用场合越来越多，并逐渐成为高架桥线路的主导选择。

预应力混凝土U型粱作为一种下承式结构，由两侧主梁以及中间的道床板构成，轨道由道床板承载，道床板和主梁内采用纵向预应力，根据实际需要可在道床板内增加横向预应力钢筋。施工技术方面，可以采用整体预制、预制主梁+现浇道床板以及节段预制等多种施工方法。相比于传统的T型、I型或者箱型梁，U型梁的结构形式新颖，并具有环保节能、外形美观以及运营成本低等众多优点，但由于其截面尺寸多变，因此施工工艺较为复杂。

我国U型粱轨道的发展相对滞后，在U型粱的设计理论和技术方面尚不成熟，缺乏项目经验，导致在U型粱的预制、运输以及架设施工方面存在不足，且因各U型粱轨道项目的施工标准、制式各有不同，导致U型粱预制以及架设施工过程中容易产生不同程度安全隐患，例如常见且较为严重的隐患之一便是U型粱变形。因运行列车对于轨道变形的要求非常高，故U型粱的结构性能对列车行驶安全具有十分重要的影响。然而，现有技术鲜有针对U型粱的预制、吊装及架设全过程中内部区域及特殊受力区域的微变形数据的监测采集，以及分析各受力区域的健康或稳定状态的技术。为此，亟待提出一种适用于U型粱轨道变形监测的系统及方法，以用于对全过程粱体变形进行自动化监测，降低全过程监测高架桥U型梁结构变形的难度，节省轨道监测工作的成本投入，并能够准确了解工程实体随时间的形变状态。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测装置、方法及设备，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测装置，包括：

若干应变监测单元，埋设于预设的监测点位，以用于获取与监测点位对应的至少部分结构的应变数据，其中，监测点位分布于U型粱的底板、腹板和翼板中的每一处。

图像撷取单元，用于捕获定位标记物的图像，定位标记物以附着于U型粱表面的方式对应于监测点位设置。

分析处理单元，配置为基于来自于应变监测单元的应变数据形成与监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线。

分析处理单元还被配置为基于来自于图像撷取单元的包含有定位标记物的图像数据形成与监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线。

优选地，分析处理单元能够依据随载荷而变化更正的预设权重执行对第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配以形成第三应变-载荷关系曲线。本发明中，基于对分别通过直接式测量计算形成的第一应变-载荷关系曲线和非接触式测量计算形成第二应变-载荷关系曲线执行权重分配而形成第三应变-载荷关系曲线，利用接触式和非接触式测量的各自优势，更能够准确地表现出梁体变形与载荷随时间变化的关系。此外，依据梁体不同载荷-变形阶段的整体变化趋势，合理规划数据来源可信度的分配原则，使得用于表现梁体应变和载荷随时间变化的趋势关系能够更加准确符合梁体变形过程中的差异性，以为U型粱结构健康评估提供提供准确有效的数据支持。

优选地，在分析处理单元执行对第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配之时，若U型粱的承重载荷处于第一载荷区间，则第一应变-载荷关系曲线对应用于形成第三应变-载荷关系曲线的预设权重大于第二应变-载荷关系曲线对应的预设权重。

优选地，当U型粱的承重载荷在第一载荷区间的范围内持续增大时，第一应变-载荷关系曲线对应用于形成第三应变-载荷关系曲线的预设权重随承重载荷的增大而减小，第二应变-载荷关系曲线对应用于形成第三应变-载荷关系曲线的预设权重随承重载荷的增大而增大。

优选地，当U型粱的承重载荷经由第一载荷区间加载至第二载荷区间时，第一应变-载荷关系曲线对应用于形成第三应变-载荷关系曲线的预设权重随承重载荷的增大而减小，并在承重载荷达到预设屈服载荷之时，所述第一应变-载荷关系曲线对应的预设权重小于第二应变-载荷关系曲线对应用于形成第三应变-载荷关系曲线的预设权重。

优选地，当U型粱的承重载荷经由第二载荷区间加载至第三载荷区间时，第二应变-载荷关系曲线对应用于形成第三应变-载荷关系曲线的预设权重随承重载荷的增大而增大。

优选地，分析处理单元基于来自于图像撷取单元的包含有定位标记物的图像数据确定与定位标记物对应的监测点位的结构形变包括：

分析处理单元根据来自于图像撷取单元的包含有定位标记物的图像数据计算定位标记物对应于U型粱的空间位置坐标。

分析处理单元根据定位标记物于U型粱上的空间位置坐标确定对应的形态函数曲线。

分析处理单元基于形态函数曲线计算与定位标记物对应的监测点位的曲率半径以确定监测点位的结构形变。

优选地，本发明中，多个应变监测单元可以包括：

对应埋设于U型粱的翼板顶部的多个第一应变监测单元。

对应埋设于U型粱的腹板中部的多个第二应变监测单元。

对应埋设于U型粱的腹板底部的多个第三应变监测单元。

对应埋设于U型粱的底板中部的多个第四应变监测单元。

优选地，本发明还涉及一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测方法，包括：

获取与U型粱的各监测点位对应的至少部分结构的应变数据。

获取与U型粱的各监测点位对应设置的定位标记物的图像数据。

基于应变数据形成与U型粱的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线。

基于包含有定位标记物的图像数据形成与U型粱的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线。

依据随载荷而变化更正的预设权重执行对第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配以形成第三应变-载荷关系曲线。

优选地，本发明提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器。

存储器，用于存储一个或多个计算机程序。

当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如前述的用于城市交通工程的U型梁的施工监测方法。

附图说明

图1是一种优选实施方式的U型粱的断面结构示意图；

图2是一种优选实施方式的布置有若干监测点的U型粱的断面示意图；

图3示出了基于不同数据来源而拟合出的关于U型粱结构变形的应变-载荷关系曲线图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的用于城市交通工程的U型梁的施工监测方法的电子设备的结构示意图。

附图标记列表

1：第一载荷区间；2：第二载荷区间；3：第三载荷区间；5：电子设备；6：处理器；7：存储器；8：通信总线；9：通信接口；10：U型粱；20：列车；30：承轨台；40：供电线缆支撑体；50：通信线缆支撑体；60：声屏障；70：第一应变监测单元；80：第二应变监测单元；90：第三应变监测单元；100：第四应变监测单元；110：图像撷取单元；120：分析处理单元；101：翼板；102：腹板；103：底板；1011：7形翼板；1012：T形翼板；1021：非等厚腹板；1022：等厚腹板。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

图1示出了一种用于城市交通工程的U型梁结构。具体地，U型粱10可以包括：

底板103，用于承载列车20。

腹板102，连接于底板103横向两侧。特别地，腹板102沿远离于底板103的方向以弧形延伸。

翼板101，连接于腹板102顶部。特别地，翼板101沿底板103横向延伸。

根据一种优选实施方式，如图1所示，底板103、腹板102和翼板101彼此连接后组成横截面呈U字型的通道。U型梁10内部的U型通道作为列车20的行驶通道或轨行区。特别地，翼板101的架设高度优选与列车20的底板或车门下沿等高。

根据一种优选实施方式，U型梁10纵向为预应力混凝土结构。底板103横向钢筋混凝土结构。

根据一种优选实施方式，如图1所示，底板103的顶面可设置有承轨台30。承轨台30用于承接列车20。优选地，列车20沿着承轨台30的延伸方向行驶。特别地，承轨台30可以与U型粱10一体成型。具体而言，承轨台30可与U型粱10(或者底板103)一次浇筑完成。

根据一种优选实施方式，如图1所示，U型粱10的内侧可布设有供电线缆支撑体40和通信线缆支撑体50。具体地，如图1所示，供电线缆支撑体40可布设于位于U型粱10外侧(例如图1所示左侧U型粱10的左侧腹板)的腹板102内侧。

根据一种优选实施方式，如图1所示，通信线缆支撑体50可布设于位于U型粱10内侧(例如图1所示左侧U型粱10的右侧腹板)的腹板102内侧。较佳地，通信线缆支撑体50可采用电缆槽方式，即，通信线缆支撑体50可铺设在位于U型粱10内侧的腹板102内侧或顶面。

根据一种优选实施方式，U型粱10内通常还设置有供电装置(图中未示出)。优选地，供电装置可以是三轨供电装置。

根据一种优选实施方式，如图1所示，U型粱10两侧的翼板101上方可设置有用于降噪的声屏障60。较佳地，声屏障60可通过预埋的螺母固定于翼板101顶部。特别地，声屏障60的布设高度可视实际应用场景来设定。

根据一种优选实施方式，U型粱10横向两侧的腹板102为非完全对称的形式。具体地，如图2所示，U型粱10外侧(例如图1或图2所示左侧U型粱10的左侧)的腹板102为非等厚腹板1021。

根据一种优选实施方式，如图2所示，U型粱10内侧(例如图1或图2所示左侧U型粱10的右侧)的腹板102为等厚腹板1022。

根据一种优选实施方式，如图2所示，非等厚腹板1021呈现出其面对列车20或U型通道的一侧均匀平滑、弧度一致，而其背对列车20或U型通道的另一侧大致中部向外凸起、平滑加厚的形式。而等厚腹板1022则呈现出其内、外两侧均匀等厚的形式。

根据一种优选实施方式，配置在U型粱10两侧的翼板101为非完全对称的形式。具体地，如图2所示，设置在非等厚腹板1021顶部的翼板101为T形翼板1012。设置在等厚腹板1022顶部的翼板101为7形翼板1011。

根据一种优选实施方式，如图2所示，T形翼板1012表现为其两侧沿底板103横向延伸以形成两个凸缘。而7形翼板1011则表现为其面对列车20或U型通道的一侧沿沿底板103横向延伸以形成凸缘。换而言之，T形翼板1012具有向内和向外两个凸缘。7形翼板1011仅具有朝向内侧的凸缘。

根据一种优选实施方式，轨道梁在建设时，通常会采用双线并列设置。然而，现有技术中，当两个梁体拼接时，可能需要在其中部利用钢架结构搭建额外的应急疏散通道。优选地，为了减少投资成本并提高施工进度，当例如图2所示的两个U型粱10相对的两个翼板101(例如7形翼板1011)拼接时，也可将相互拼接的两个翼板101设计成与U型粱10外侧的T形翼板1012相同或相似的方式，从而使得内侧两个翼板101拼接时能够直接形成应急疏散通道。

根据一种优选实施方式，为了减轻雨水或者其它带有污染性的水体沿翼板101边缘顺流流经腹板102而对腹板102壁面造成的污染，可以在翼板101的底部设置防滴水角。具体地，防滴水角可以构造为如图1和图2所示的弧状结构。进一步地，防滴水角也可以为一斜角，并且该斜角构造为沿腹板102两侧倾斜向下。

根据一种优选实施方式，由于列车20对于轨道变形的要求非常高，故U型粱10的结构性能对列车20的行驶安全具有十分重要的影响。通常地，施工方法及其施工过程对于U型粱10的结构性能都将产生极大的影响。另一方面，梁体结构因长年累月暴露在外部环境中，因此梁体结构的受力也将受到温度的影响。温度的影响可包括年温差影响和局部温差影响。年温差是指梁体结构随季节变化发生的整体的升温、降温。局部温差是指日照温差和混凝土水化热等影响。

根据一种优选实施方式，图2示出了一种针对U型粱10的结构应力及温度变化进行监测的监测点布置方案。特别地，各监测点处可通过预埋相应的应变传感器以监测对应区域的应力变化。进一步地，各监测点处也可设置相应的温度传感器来监测对应区域的温度变化。优选地，应变传感器可以是振弦式应变传感器。振弦式应变传感器适用于长期埋设在混凝土结构物内，以用于测量结构物内部的应变量，并可同步测量埋设点的温度。另一方面，应变传感器也可以是金属锡箔电阻应变仪、半导体压力传感器等多种可用于监测应力的监测装置。

根据一种优选实施方式，本发明的施工监测装置至少可包括布设于各监测点以用于监测对应的应力变化的应变监测单元，和与各应变监测单元(70；80；90；100)信号连接的分析处理单元120(如中央处理器MCU)。分析处理单元可接收来自于各应变监测单元(70；80；90；100)的应力变化数据。进一步地，分析处理单元120可根据各应变监测单元(70；80；90；100)对应区域处的结构应力数据来确定各区域的应变状态。特别地，通常各受力区域的应力变化被期望不超过设计标准中的最大许用应力。优选地，基于结构应变状态的变化，分析处理单元120可以得出用于评估结构健康状态的评估报告。

具体地，图2示出了布设有多个应变监测单元(70；80；90；100)的U型粱10的其中一个截面的断面示意图。特别地，工程人员可依据U型粱10的纵向长度，每隔预设距离设置一个监测断面，并在各监测断面处实施如图2所示的监测点排布。

根据一种优选实施方式，优选地，在预制U型粱10之前，可分别在U型粱10的翼板101、腹板102以及底板103等区域按照一定间隔布置多个监测点，并在各监测点处相应埋设振弦式应变传感器，以用于监测梁体制作及成形、梁体吊装以及梁体运营等多个阶段中U型粱10各区域的应变数据以及温度变化数据。

根据一种优选实施方式，埋设于U型粱10内的监测单元可以包括：

多个第一应变监测单元70，其埋设于U型粱10的翼板101。特别地，翼板101包括上述的7形翼板1011和T形翼板1012。

多个第二应变监测单元80，其埋设于U型粱10的腹板102中部。特别地，腹板102包括上述的非等厚腹板1021和等厚腹板1022。

多个第三应变监测单元90，其埋设于U型粱10的腹板102底部。

多个第四应变监测单元100，其埋设于U型粱10的底板103中部。

根据一种优选实施方式，如图2所示，多个第一应变监测单元70可按照预设间隔埋设于U型粱10两侧的翼板101顶部。具体而言，例如在翼板101顶部埋设至少三个振弦式应变传感器。优选地，三个振弦式应变传感器可分别埋设于翼板101外侧、翼板101中部以及翼板101内侧。

根据一种优选实施方式，如图2所示，多个第二应变监测单元80可按照预设间隔埋设于U型粱10两侧的腹板102，且具体为腹板102的中部两侧。具体而言，例如在腹板102的中部两侧埋设至少两个振弦式应变传感器。优选地，两个振弦式应变传感器可分别埋设于腹板102背靠于U型通道的外侧和腹板102面对于U型通道的内侧。

根据一种优选实施方式，如图2所示，多个第三应变监测单元90可按照预设间隔埋设于腹板102底部。具体而言，例如在腹板102底部埋设至少五个振弦式应变传感器。优选地，可将至少三个振弦式应变传感器按预设间隔沿横向埋设于腹板102底部。进一步地，可将至少两个振弦式应变传感器按预设间隔沿腹板102外侧，且远离于腹板102中部的方向埋设于腹板102底部外侧面。

优选地，如图2所示，多个第四应变监测单元100可按照预设间隔埋设于底板103中部。具体而言，例如在底板103中部埋设至少两个振弦式应变传感器。优选地，两个振弦式应变传感器可分别埋设于底板103的顶部和底板103的底部。较佳地，布设于底板103顶部和底部的两个振弦式应变传感器在竖直面内可以是正对的。

根据一种优选实施方式，由于U型粱10可能横跨多个地区，且各个地区的地理气候特性存在较大的差异，故U型粱10位于不同区段内的梁体部分的结构内力变化趋势及温度变化趋势有所差异。

根据一种优选实施方式，鉴于U型粱10在不同铺设区域内的结构内力及温度变化差异，不同铺设区域或不同监测断面处的应变监测单元(70；80；90；100)的采样频率优选是相异的。进一步地，对于温度差异显著或气温变化剧烈的区段可以设置相较更多的监测断面及其对应的监测点的数量。

根据一种优选实施方式，当U型粱10的某一区段处于温差变化较大的区域时，相比于其它温差相较平稳的区域，在该区段处可以设置更多的监测断面，并且各监测断面可埋设相较更多的监测点。换而言之，基于第一预设标准温差，针对U型粱10的第一平均温差大于第一预设标准温差的区域，可设置相较更多的监测断面及相应的监测点。特别地，在基于U型粱10的第一平均温差与第一预设标准温差的差值关系来确定监测断面的布置数量时，可以年平均温差作为设计及计算依据。

进一步地，针对预设时段内温差变化较大的区段，可适应性地增加该区域内各监测断面的采样或监测频率。具体而言，基于第二预设标准温差，针对预设时段内U型粱10的第二平均温差大于第二预设标准温差的区域，可以增加该区域内至少一个监测断面对应的监测单元的监测采样频率。特别地，第二预设标准温差可以日平均温差作为设计及计算依据。预设时段最小单位可以是一个白昼或一个夜晚。优选地，年平均温差和日平均温差均可通过历史测算值获得。进一步地，第一预设标准温差和第二预设标准温差可依据实测的年平均温差和日平均温差来设定。

根据一种优选实施方式，由于U型粱10在施工和使用阶段将承受各种载荷，例如承重载荷、永久载荷、风荷载及地震载荷等。因此，对U型粱10施工和使用阶段的应变状态进行监测及分析是十分有必要的，并且因无法准确测量所有位置的应力变化，故通常将选取一些具有代表性(譬如应力变化较为明显，或是对于U型粱10结构性能的影响较为明显)的位置进行监测。然而，在实际对U型粱10结构应力进行监测的过程中，因施加至U型粱10的载荷位置及大小具有明显的不确定性，且用于监测结构应变的监测设备通常也具备监测故障、传输故障及数据误差等多种影响因素，使得关于U型粱10结构应变的监测分析结果的可信度较低，难以为梁体施工及运营维护提供可靠有效的数据支持。鉴于此，对于U型粱10这种载荷分布分散且不规则，以及因载荷施加对象频繁变动(例如承载车型改变带来的载荷变化)而致使承重载荷不断变化的混凝土结构来说，如何提高对其结构应变监测及分析结果的准确性是亟待解决的问题。

根据一种优选实施方式，为了弥补通过常规的应变式传感器监测U型粱10的结构应变可能存在的不足及缺陷，如图2所示，本发明的施工监测装置还包括多个图像撷取单元110。优选地，图像撷取单元110可以是相机。

具体地，图像获取单元110可用于获取与U型粱10的预设监测点位对应的定位标记物的图像，并将包含有定位标记物的图像发送至与其通信的分析处理单元120，使得分析处理单元120对该包含有定位标记物的图像进行分析识别。特别地，图像撷取单元110可以分别配置在U型粱10的两侧、U型粱10的内侧或U型粱10的顶部等多个位置，用以从多个方位获取与U型粱10的预设监测点位对应的定位标记物的图像。

进一步地，图像撷取单元110优选配置为可移动的，以通过运动方式来获取多个监测点位处的定位标记物的图像。定位标记物可以是反射涂层，其可用于反射来自U型粱10周向的光线并发出具有特定波长或颜色的光。优选地，定位标记物优选与各应变监测单元(70；80；90；100)所在位置一一对应。

根据一种优选实施方式，当图像撷取单元110捕获的包含有与各预设监测点位对应的定位标记物的图像传输至分析处理单元120后，分析处理单元120根据包含有定位标记物的图像计算出各定位标记物对应于U型粱10的空间位置坐标。特别地，定位标记物的空间位置坐标包括其沿竖直方向(Z轴)和水平方向(X轴、Y轴)的坐标。优选地，分析处理单元120在根据包含有定位标记物的图像计算出各定位标记物对应于U型粱10的空间位置坐标之前，将对图像进行预处理。具体地，图像的预处理主要包括图像的灰度化以及图像去噪等。

根据一种优选实施方式，分析处理单元120可以根据各定位标记物于U型粱10上的空间位置坐标确定对应的形态函数曲线。优选地，形态函数曲线的确定例如可以通过样条插值法，即对各定位标记物的空间位置坐标执行样条插值。样条插值是一种以可变样条来做出一条经过一系列点的光滑曲线的数学方法。常见的样条插值例如包括二次样条插值、三次样条插值。

具体地，当U型粱10任意一个监测点位产生结构变形时，该监测点位对应的定位标记物相比初始位置产生对应的位移。定位标记物产生的位移可能沿X轴、Y轴、Z轴或是复合方向。特别地，分析处理单元120基于包含有定位标记物的图像以对定位标记物的空间位置坐标进行确定可以通过图像分割以及图像匹配算法来完成。举例而言，常见的图像匹配算法例如为基于PSNR的目标匹配算法。特别地，由于样条插值法以及基于图像分析识别计算目标位移的技术已相较成熟，故在此对于具体的计算公式便不再给出具体说明，且本发明也无意对基于图像的位移形变计算方法进行改进。

根据一种优选实施方式，分析处理单元120可以根据某一监测点位对应的定位标记物位移前后的空间位置坐标来确定样条插值方程中每个子部分的多项式。进一步地，分析处理单元120可基于形态函数曲线计算每个监测点位处的曲率半径以确定各监测点位的应变状态。

根据一种优选实施方式，确定混凝土结构的异常变形通常是以预设的或可允许的应变值(例如屈服应力)作为参考。特别地，对于U型粱结构，其从加载到最后破坏阶段通常会经历弹性受力阶段、裂缝发展阶段、钢筋屈服阶段以及破坏阶段。具体地，在U型粱10从加载至轴载达到第一预定载荷前，U型粱10几乎处于弹性阶段，此阶段梁体挠度在载荷作用下线性增长。进一步地，此阶段U型粱10的底板103可能随载荷的逐渐增加而依次产生纵向裂缝及横向裂缝。但在预应力钢筋和普通钢筋作用下，裂缝并没有快速展开。

根据一种优选实施方式，随着载荷的逐渐增大，裂缝不断展开，梁体挠度呈非线性增长，致使U型粱10的变形进入裂缝发展阶段。具体地，在裂缝发展阶段，随着载荷的增长，当轴载达到第一预定载荷时，U型粱10的变形将达到屈服台阶，此时处于受拉区的底板混凝土退出工作。进一步地，梁体正截面的抗弯刚度主要来自预应力钢筋、普通钢筋和受压区混凝土。

根据一种优选实施方式，由于预应力钢筋和普通钢筋应力的持续增长，梁体恢复部分刚度，但鉴于产生部分塑形变形，故梁体挠度仍以较快的速度增长。当轴载达到第三预定载荷时，预应力钢筋和普通钢筋相继达到屈服应力，即，U型粱10的变形进入钢筋屈服阶段。进一步地，待轴载超出第三预定载荷并持续增加时，U型粱10的变形进入最后的破坏阶段。特别地，各预定载荷通常可由工程人员基于U型粱10的设计要求通过有限元模型模拟测算获得。

根据一种优选实施方式，各应变监测单元(70；80；90；100)是通过直接从U型粱10内部感受结构变形产生的振动从而得到结构的应变，这种接触式测量的结果往往较为迅速直接。然而，如上所述的，各应变监测单元(70；80；90；100)通常埋设于混凝土结构中具有代表性的某些位置处，但由于施加至U型粱10的载荷位置及大小具有明显的不确定性，并且当U型粱10的结构异变较剧烈时，各应变监测单元(70；80；90；100)的监测过程及其结果可能因结构应力在结构内部产生的无序传导而遭受波及或干扰，因此通过应变监测单元(70；80；90；100)获得的U型粱10的结构应变虽较为直接，但对于例如荷在载荷位置及大小具有明显波动或不确定性，或是结构异变剧烈的监测点位而言，其监测结果可信度有待考量。

另一方面，通过图像撷取单元110获取U型粱10上各定位标记物的图像来确定对应监测点位处的结构应变则是基于图像分析方法获取结构的应变状况，其从U型粱10外部根据各定位标记物的空间位置坐标的动态变化间接确定U型粱10的应变状况，这种非接触式的测量方法相比于预埋于U型粱10内部的应变监测单元(70；80；90；100)，尤其针对那些具有不确定载荷位置及大小的监测点位，图像分析将具备更为准确的监测结果。然而，由于图像撷取单元110(例如相机)的抖动、光线的折射、散射、图像采集传感器的噪声以及图像伪影等因素，导致分析处理单元120在计算U型粱10上的各定位标记物的空间位置坐标时，可能存在一定的误差，因此也无法保证通过各定位标记物的空间位置坐标计算U型粱10的结构应变的结构均是准确有效的。

鉴于此，本发明中，通过预埋的应变监测单元(70；80；90；100)测量U型粱10的各监测点位的应变数据，分析处理单元120根据各应变监测单元(70；80；90；100)的应变数据确定对应的监测点位的应变状态。进一步地，当分析处理单元120根据各应变监测单元(70；80；90；100)的应变数据确定对应的监测点位的应变状态时，可以根据各监测点位的应变数据形成具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线，以用于表征U型粱10结构变形过程中应变与载荷随时间变化的趋势。举例而言，图3示出了由分析处理单元120基于其中某一应变监测单元获取的应变数据，而拟合出的与该应变监测单元对应的监测点位处的具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线A。

另一方面，通过图像撷取单元110可以捕获与U型粱10的各监测点位对应的定位标记物的图像，分析处理单元120可基于各定位标记物的图像确定各定位标记物对应的空间位置坐标，并根据各定位标记物对应的空间位置坐标通过例如样条插值法确定相应的形态函数曲线，从而可根据基于形态函数曲线计算出的每个监测点位处的曲率半径来确定各监测点位的结构变形状态。进一步地，当分析处理单元120根据各图像撷取单元110获取的包含有定位标记物的图像确定对应监测点位的应变状态时，可以根据计算出的各监测点位的应变数据形成具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线，以用于表征U型粱10结构变形过程中挠度与载荷随时间变化的趋势。举例而言，图3示出了由分析处理单元120基于图像撷取单元110获取的其中一监测点位的含有定位标记物的图像数据，而计算拟合出的与该定位标记物对应的监测点位处的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线B。

根据一种优选实施方式，本发明中，在分析处理单元120根据应变数据确定各监测点位对应的结构变形状态时，可以通过拟合形成具有时序变化性的第三应变-载荷关系曲线C的方式来表征任意监测点位的结构变形状态。具体地，第三应变-载荷关系曲线C是分析处理单元120通过对第一应变-载荷关系曲线A和第二应变-载荷关系曲线B权重分配而拟合获得的。特别地，第二应变-载荷关系曲线B是分析处理单元120基于各定位标记物的图像确定各定位标记物对应的空间位置坐标，并根据各定位标记物对应的空间位置坐标通过例如样条插值法确定相应的形态函数曲线，从而根据基于形态函数曲线计算出的每个监测点位处的曲率半径来确定各监测点位的应变数据而拟合获得的。

根据一种优选实施方式，在分析处理单元120根据来自于应变监测单元(70；80；90；100)的应变数据和图像撷取单元110的图像数据而分别拟合得出相应的第一应变-载荷关系曲线A和第二应变-载荷关系曲线B之时，将依据随实时载荷变化而更正的预设权重对第一应变-载荷关系曲线A和第二应变-载荷关系曲线B拟合以获得与各监测点位对应的结构位置变形相关的第三应变-载荷关系曲线C。特别地，基于对第一应变-载荷关系曲线A和第二应变-载荷关系曲线B执行权重分配而形成第三应变-载荷关系曲线C，可以更准确地表现出梁体变形与载荷随时间变化的关系，从而为梁体结构健康评估提供准确有效的依据。

鉴于此，本发明提供一种施工监测方法，可以包括：

获取与U型粱10的各监测点位对应的至少部分结构的应变数据。

获取与U型粱10的各监测点位对应设置的定位标记物的图像数据。

基于应变数据形成与U型粱10的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线。

基于包含有定位标记物的图像数据形成与U型粱10的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线。

依据随载荷而变化更正的预设权重执行对所述第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配以形成第三应变-载荷关系曲线。

具体地，如上所述的，在U型粱从加载至破坏的全阶段中，大致将经历弹性受力、裂缝发展、钢筋屈服以及破坏阶段。而在各个阶段当中，U型粱10各部分的总体变形状态是各不相同的。如图3所示，假设第一载荷区间1对应于弹性受力阶段。第二载荷区间2对应于裂缝发展阶段。第三载荷区间3对应于钢筋屈服阶段。载荷超出第三载荷区间3的部分(图中未做标记)对应于破坏阶段。

特别地，对应于不同载荷阶段，U型粱10各部分的变形程度不一。鉴于此，当U型粱10的承受载荷逐渐提升至不同载荷区间时，其变形程度，也即应变具有不同的表现趋势，因此如何根据梁体不同载荷变形区间的差异来准确模拟或表征梁体的载荷-应变趋势，从而为梁体结构的监测评估提供准确的数据支持是需要考虑的。具体而言，例如在第一载荷区间1，即U型粱1处于弹性受力阶段，随着载荷的持续增加，梁体应变大致呈线性增长。在此阶段中，U型粱10的底板103虽可能出现一定程度的细微裂缝，但在预应力钢筋和普通钢筋作用下，裂缝总体刚度未产生大幅削弱。此时，U型粱10的结构变形相较轻微，且以混凝土裂缝为主。

优选地，当U型粱10的承重载荷处于第一载荷区间1时，第一应变-载荷关系曲线A在用于拟合获取第三应变-载荷关系曲线C的过程中具有相较第二应变-载荷关系曲线B更大的预设权重。换而言之，当U型粱10的承重载荷处于第一载荷区间1时，来自于应变监测单元(70；80；90；100)的应变数据可能具有相较更高的可信度，则基于第一应变-载荷关系曲线A和第二应变-载荷关系曲线B拟合第三应变-载荷关系曲线C时，第一应变-载荷关系曲线A占有较大比重。这是由于基于图像分析技术在通过计算定位标记物的位移差而测算U型粱10内部结构微小变形时可能相较由应变监测单元(70；80；90；100)直接获取的应变数据误差更大，因微小结构变形引起的定位标记物的位移表现可能远没有预期中的那样明显，加之前述的相机等一类的图像撷取单元110可能由于抖动、噪声及图像伪影的因素而具有更大的误差。

进一步地，在U型粱10的承重载荷在第一载荷区间1的范围内持续增大时，第一应变-载荷关系曲线A在用于拟合获取第三应变-载荷关系曲线C的过程中对应的预设权重逐渐减小。在一种可选实施方式中，在弹性受力阶段，第一应变-载荷关系曲线A对应的预设权重可以随承重载荷在第一载荷区间1范围内的持续增大而减小，而第二应变-载荷关系曲线B对应的预设权重则可随承重载荷在第一载荷区间1范围内的持续增大而增大。

优选地，第一应变-载荷关系曲线A对应的预设权重在保持随承重载荷在第一载荷区间1范围内的持续增大而减小的同时将持续大于第二应变-载荷关系曲线B对应的预设权重。换而言之，即便随U型粱10的承重载荷的持续增大而减小第一应变-载荷关系曲线A对应的预设权重，但该阶段仍将以来自于应变监测单元(70；80；90；100)的应变数据作为用于拟合第三应变-载荷关系曲线C的主要数据来源，而相较增大第二应变-载荷关系曲线B对应的预设权重则是由于结构变形的逐渐加剧，致使表现在U型粱10外部的定位标记物的位移可能愈加明显，并且随着U型粱10结构变形的加剧，如前述的载荷位置及大小产生的不确定性可能愈加明显，鉴于此，需要有侧重地改变数据来源可信度的分配原则。较佳地，第一应变-载荷关系曲线A和/或第二应变-载荷关系曲线B各自对应的预设权重的减小或增大可以是线性的，因该阶段应变随载荷的变化大体也是呈线性增长的。

根据一种优选实施方式，当U型粱10的承重载荷增大至第二载荷区间2时，此阶段U型粱10的结构变形，也即应变随载荷的增大而大致呈非线性增大。具体地，在第二载荷区间2内，U型粱10的裂缝不断展开，在达到例如屈服台阶处时，位于底部受拉区的底板混凝土几乎全部退出工作，而U型粱10的抗弯刚度主要来自预应力钢筋、普通钢筋和受压区混凝土等。

进一步地，在U型粱10的承重载荷在第二载荷区间2的范围内持续增大时，第一应变-载荷关系曲线A在用于拟合获取第三应变-载荷关系曲线C的过程中对应的预设权重逐渐减小，并在达到预设屈服载荷时，第一应变-载荷关系曲线A对应的预设权重小于第二应变-载荷关系曲线B对应的预设权重。优选地，在U型粱10的承重载荷在第二载荷区间2的超出预设屈服载荷的范围内持续增大时，第一应变-载荷关系曲线A对应的预设权重和/或第二应变-载荷关系曲线B各自对应的预设权重的减小或增大可以是非线性的，因该阶段应变随载荷的变化大体也是呈非线性增长的。在第二载荷区间2内，裂缝持续发展，U型粱10的结构形变程度加剧，并且因载荷位置及大小产生的不确定性的明显化，因此持续降低来自于应变监测单元(70；80；90；100)的应变数据的占比度，且当载荷超出预设屈服载荷之后，因底部受拉区的底板混凝土几乎退出工作，U型粱10的抗弯刚度主要来自预应力钢筋、普通钢筋和受压区混凝土等，而预应力钢筋应变的直接测量又具有一定难度，因此通过应变监测单元直接测量梁体结构变形的可信度降低，故超出预设屈服载荷后以图像撷取单元110的非接触式测量产生的数据为准以提升整体的数据准确度。特别地，预设屈服载荷可由工程设计人员基于U型粱10的设计要求通过有限元模型模拟得出。

根据一种优选实施方式，当U型粱10的承重载荷处于第三载荷区间3时，第二应变-载荷关系曲线B在用于拟合获取第三应变-载荷关系曲线C的过程中具有相较第一应变-载荷关系曲线A更大的预设权重。进一步地，在U型粱10的承重载荷在第三载荷区间3的范围内持续增大时，第二应变-载荷关系曲线B在用于拟合获取第三应变-载荷关系曲线C的过程中对应的预设权重逐渐增大，且大于第一应变-载荷关系曲线A对应的预设权重。在此阶段，鉴于预应力钢筋和普通钢筋应力的迅速增长，梁体刚度有所恢复，但超出预设屈服载荷后，产生的不可逆塑形损伤还是会使梁体应变加剧，特别是，达到载荷后期时，预应力钢筋和普通钢筋相继屈服。在预应力钢筋和普通钢筋相继屈服后，梁体便进入破坏阶段，轻微的载荷变化便促使梁体产生剧烈的形态变化。特别地，在第三载荷区间3内，主要以预应力钢筋和普通钢筋的屈服变形为主，此阶段来自于各个应变监测单元的应变数据可能因结构剧烈塑型形变而引起的结构内力无序扩张传导而致使对应于各监测点位的载荷位置及其大小，尤其是应变数据产生强烈的相互干扰，故该阶段以非接触式的图像测算方式所得的结构应变数据作为可信度较高的主要数据来源。

根据一种优选实施方式，当U型粱10的承重载荷处于第四载荷区间，即破坏阶段时，U型粱10的结构变形已无明显规律，处于全面损坏的状态。

实施例2

根据一种优选实施方式，本发明提供一种应用于实施例1所述的施工监测方法的电子设备5。具体地，如图4所示，该电子设备5可以包括：一个或多个处理器6、存储器7以及至少用于连接处理器6和存储器7的通信总线8。

根据一种优选实施方式，存储器7被配置为存储计算机系统可读介质，计算机系统可读介质具备本发明实施例中的各项功能。

根据一种优选实施方式，处理器6被配置为执行存储在存储器7中的计算机系统可读介质以用于实现各项功能应用以及数据处理，特别是本实施例中的反诈宣传方法。

根据一种优选实施方式，处理器6包括但不限于CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)、MCU(Micro Control Unit)以及SOC(System on Chip)等。

根据一种优选实施方式，存储器7包括但不限于易失性存储器(例如DRAM或SRAM)和非易失性存储器(例如FLASH、光盘、软盘及机械硬盘等)。

根据一种优选实施方式，通信总线8包括但不限于工业标准体系结构总线、微通道体系结构总线、增强型ISA总线、视频电子标准协会局域总线以及外围组件互连总线等。

根据一种优选实施方式，如图4所示，电子设备5还可以包括至少一个通信接口9。具体地，电子设备5可以通过通信接口9与至少一个外部设备通信连接。此外，电子设备5也可以通过网络适配器与至少一个外部网络通信连接。网络适配器与通信总线8通信连接。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测装置，所述U型粱(10)至少包括底板(103)、腹板(102)和翼板(101)，其特征在于，所述施工监测装置包括：

若干应变监测单元，埋设于预设的监测点位，以用于获取与所述监测点位对应的至少部分结构的应变数据，其中，所述监测点位分布于所述底板(103)、腹板(102)和翼板(101)中的每一处；

图像撷取单元(110)，用于捕获定位标记物的图像，所述定位标记物以附着于所述U型粱(10)表面的方式对应于所述监测点位设置；

分析处理单元(120)，配置为基于来自于所述应变监测单元的应变数据形成与所述监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线；和

基于来自于所述图像撷取单元(110)的包含有定位标记物的图像数据形成与所述监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线；

使得所述分析处理单元(120)依据随载荷而变化更正的预设权重执行对所述第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配以形成第三应变-载荷关系曲线。

2.根据权利要求1所述的施工监测装置，其特征在于，在所述分析处理单元(120)执行对所述第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配之时，若所述U型粱(10)的承重载荷处于第一载荷区间(1)，则所述第一应变-载荷关系曲线对应用于形成所述第三应变-载荷关系曲线的预设权重大于所述第二应变-载荷关系曲线对应的预设权重。

3.根据权利要求1或2所述的施工监测装置，其特征在于，当所述U型粱(10)的承重载荷在所述第一载荷区间(1)的范围内持续增大时，所述第一应变-载荷关系曲线对应用于形成所述第三应变-载荷关系曲线的预设权重随所述承重载荷的增大而减小，所述第二应变-载荷关系曲线对应用于形成所述第三应变-载荷关系曲线的预设权重随所述承重载荷的增大而增大。

4.根据权利要求1～3任一项所述的施工监测装置，其特征在于，当所述U型粱(10)的承重载荷经由所述第一载荷区间(1)加载至第二载荷区间(2)时，所述第一应变-载荷关系曲线对应用于形成所述第三应变-载荷关系曲线的预设权重随所述承重载荷的增大而减小，并在所述承重载荷达到预设屈服载荷之时，所述第一应变-载荷关系曲线对应的预设权重小于所述第二应变-载荷关系曲线对应用于形成所述第三应变-载荷关系曲线的预设权重。

5.根据权利要求1～4任一项所述的施工监测装置，其特征在于，当所述U型粱(10)的承重载荷经由所述第二载荷区间(2)加载至第三载荷区间(3)时，所述第二应变-载荷关系曲线对应用于形成所述第三应变-载荷关系曲线的预设权重随所述承重载荷的增大而增大。

6.根据权利要求1～5任一项所述的施工监测装置，其特征在于，所述分析处理单元(120)基于来自于所述图像撷取单元(110)的包含有定位标记物的图像数据确定与所述定位标记物对应的所述监测点位的结构形变包括：

所述分析处理单元(120)根据来自于所述图像撷取单元(110)的包含有定位标记物的图像数据计算所述定位标记物对应于所述U型粱(10)的空间位置坐标；

所述分析处理单元(120)根据所述定位标记物于所述U型粱(10)上的空间位置坐标确定对应的形态函数曲线；

所述分析处理单元(120)基于所述形态函数曲线计算与所述定位标记物对应的监测点位的曲率半径以确定所述监测点位的结构形变。

7.根据权利要求1～6任一项所述的施工监测装置，其特征在于，所述应变监测单元包括：

多个第一应变监测单元(70)，对应埋设于所述U型粱(10)的翼板(101)顶部；

多个第二应变监测单元(80)，对应埋设于所述U型粱(10)的腹板(102)中部；

多个第三应变监测单元(90)，对应埋设于所述U型粱(10)的腹板(102)底部；

多个第四应变监测单元(100)，对应埋设于所述U型粱(10)的底板(103)中部。

8.一种用于城市交通工程的U型梁的施工监测方法，其特征在于，包括：

获取与U型粱(10)的各监测点位对应的至少部分结构的应变数据；

获取与U型粱(10)的各监测点位对应设置的定位标记物的图像数据；

基于应变数据形成与所述U型粱(10)的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第一应变-载荷关系曲线；

基于包含有定位标记物的图像数据形成与所述U型粱(10)的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线；

依据随载荷而变化更正的预设权重执行对所述第一应变-载荷关系曲线和第二应变-载荷关系曲线的权重分配以形成第三应变-载荷关系曲线。

9.根据权利要求8所述的用于城市交通工程的U型梁的施工监测方法，其特征在于，所述基于包含有定位标记物的图像数据形成与所述U型粱(10)的监测点位对应的至少部分结构的具有时序变化性的第二应变-载荷关系曲线至少包括：

根据所述定位标记物的图像数据计算所述定位标记物对应于所述U型粱(10)的空间位置坐标；

根据所述定位标记物于所述U型粱(10)上的空间位置坐标确定对应的形态函数曲线；

根据所述形态函数曲线计算与所述定位标记物对应的监测点位的曲率半径以确定所述监测点位的结构形变。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器(5)；

存储器(6)，用于存储一个或多个计算机程序；

当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器(5)执行，使得所述一个或多个处理器(5)实现如权利要求8或9所述的用于城市交通工程的U型梁的施工监测方法。

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