CN115574997A - 一种预制梁全生命周期应力监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
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。
发明内容
本发明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。
本发明提供的基础方案：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：
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。
本发明的原理及优点在于：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。
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。
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。
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：
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。
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。
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：
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。
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。
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：
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。
有益效果：通过获取点云数据能够便于后续的点云配准过程，预处理能够将无用点去除和使得模型数据更准确，避免干扰，预处理后的模型进行配准后，能够准确的得到预制梁的实际变形量，并通过曲线图进行展示，使得施工员能够直观的了解到预制梁的变形状态和应力变化状态。
进一步，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理论变形曲线与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将比对曲线中易损处位置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力值比对结果与局部预应力储备评估结果和整体预应力储备评估结果进行校验。
有益效果：通过理论变化曲线和实际变化曲线比对，能够反映出预制梁的预应力储备状态，通过进行局部分析和整体分析，使得预制梁预应力评估状态更全面，数据更准确，同时通过应力值变化状态进行校验，能够反映出预应力评估的一致性。
一种预制梁全生命周期应力监测方法，包括：
S1：预制梁浇筑时预设若干个应力监测点，在预制梁的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，构建全生命周期应力监测；
S2：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；
S3：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；
S4：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。
进一步，所述S1包括：
S1-1：预设预制梁施工历史数据，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；
S1-2：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；
S1-3：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。
进一步，所述S2包括：
S2-1：获取放置在台座上的预制梁线性结构，构建预制梁有限元模型；
S2-2：生成预制梁应力监测点的理论应力值；
S2-3：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；
S2-4：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；
S2-5：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。
进一步，所述S3包括：
S3-1：采用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，经数据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；
S3-2：获取预制梁上应力监测点实际监测的应力值变化量和坐标点，并将坐标点与预制梁点云模型一和预制梁点云模型二进行配准；
S3-3：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；
S3-4：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。
进一步，所述S4包括：
S4-1：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；
S4-2：分析比对曲线中易损处并进行计算获取局部预应力储备评估结果；
S4-3：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；
S4-4：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S4-2和S4-3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力值比对结果与局部预应力储备评估结果和整体预应力储备评估结果进行校验。
附图说明
图1为本发明实施例的功能框图；
图2为本发明实施例的流程框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
预制梁全生命周期的应力监测主要通过预制梁在张拉控制时的预应力储备状态反馈，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。
为解决上述问题，本申请中的一种预制梁全生命周期应力监测系统，其实施例基本如附图1所示：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，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，应力监测点数量在本实施例中不设限，应力传感器的数量大于应力监测点的数据，布设方式具体为：
首先存储有预制梁施工历史数据，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；预制梁的施工历史数据来源主要通过施工者根据以往的施工方案建立的历史数据，在历史数据中，包括有应力监测点位的分布、应力监测点位在预制梁随张拉控制前后的位移变化值，而产生的位移变化值根据其大小进行易损度评估，与预设的易损度阈值进行比对，生成易损点位和协同点位，其中预设的易损度阈值表征为：应力传感器在监测点位所能承受的最大应力，在最大应力状态下，应力传感器会造成不同程度的损坏，若损坏过重，则应力传感器会出现停止工作的情况，而易损点位即为超过预设的易损度阈值的应力监测点；协同点位为在易损点位附近设置的辅助应力监测点，而该辅助应力监测点的位移变化值小于预设的易损度阈值，从而在该处的检测应力的装置基本不会出现损坏，协同点位的数量至少在2个及以上，同时，位于协同点位的应力传感器和易损点位的应力传感器通过相关系数算法进行关联匹配，从而使得协同点位的应力传感器监测数值能够表征易损点位的应力传感器的监测数值，在本实施例中，相关系数算法采用皮尔逊相关系数算法。
因此，根据易损点位和协同点位的设置，在实际预制梁浇筑过程中，在相同的易损点位内部预埋应力传感器，在协同点位表贴应力传感器。
此外，上述的易损点位只是在历史数据中为易损度较高，在实际的预制梁张拉控制过程中，其易损点位的位置会存在误差，其可能存在历史数据的易损点位转移至附近，在这种情况下，设置的协同点位同样能够起到监测易损点位的功能，使得能够实现更为完善的全生命周期应力监测。
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；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，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，在本实施例中，通过获取施工员传输的施工图纸来获取放置在台座上的预制梁线性结构，采用MIDAS FEA的精细化分析软件进行有限元模型的建立和后续的仿真模拟；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，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；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。
在本实施例中，预设的预制梁有限元模型变形值提取位置为预制梁的翼缘部位，这是因为预制梁是放置在台座上，因此难以采集到底部的数据，而预制梁变形属于整体变形，因此将翼缘作为变形值提取位置，通过提取翼缘部位的竖向位移值，用来反映预制梁的变形状态。
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；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，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，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；在本实施例中，预处理包括：(1)对偏离预制梁结构的无用点进行手动删除，仅保留预制梁结构点云数据；(2)对预制梁表面由于扫描过程中仪器本身以及外界环境干扰产生的噪点及孤立点通过高斯滤波算法进行点云降噪处理。
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；在本实施例中，配准过程包括粗配准和精配准，粗配准是提取相邻两个站点中的至少三个及以上的不共线同名点执行点云配准达到粗配准，精配准为采用ICP算法配准原理寻找最近邻点并按特定约束计算使得目标点云与匹配点云相匹配，具体为，选取预制梁状态稳定的部位作为配准特征，比如台座、地面等作为特征面，且需保证至少三个特正面不共面以达到控制三个坐标方向，以此来实现精配准。
配准完成后，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；在本实施例中，预设的预制梁配准模型变形值提取位置为翼缘部位的点云数据，预设的预制梁配准模型变形值提取方式为沿预制梁的长度方向提取中间0.02m宽度的点云作为研究对象，每0.25m划分为一个小区间，共划分160份，通过循环提取每个小区间的竖向变形值，分别获取预制梁张拉前后的线型变化，绘制预制梁实际变形曲线；
应力值变化量通过预制梁上应力监测点的应力传感器的实时传输获取，从而绘制应力实际变化曲线。
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；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，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；通过比对曲线，能够反映出预制梁翼缘的不良张拉现象，比如欠张拉现象、侧弯现象，施工员根据不良张拉现象和施工经验预测其产生原因，以此进行及时补救措施或改善后续施工方式。
局部预应力储备评估单元用于将比对曲线中易损处位置进行计算获取局部预应力储备评估结果；在本实施例中，计算公式为：
其中，U1为局部预应力储备度，h1为易损处位置实际变形量，h0为易损处位置理论变形量，局部预应力储备度为局部应力值达到设计值的比率。
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；在本实施例中，计算公式为：
其中，U2为整体预应力储备度，S0为理论变形曲线与坐标轴所围的面积，S1为左侧实际变形曲线与坐标轴所围的面积，S2为右侧实际变形曲线与坐标轴所围的面积。整体预应力储备度为整理与应力值达到设计值的比率。
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力值比对结果与局部预应力储备评估结果和整体预应力储备评估结果进行校验；通过应力值比对单元能够进行局部预应力评估结果和整体预应力评估结果的校验。
因此，本申请的优势在于，与现有的压片法通过在预制梁的预应力筋上贴应变片相比，本申请根据历史数据评估处易损点位和协同点位，在易损点位处预埋应力传感器，在协同点位表贴应力传感器，使得能够减少应力传感器因预制梁受到张拉控制产生的位移造成应力传感器的损坏，导致应力传感器无法实现全生命周期监测的情况出现。
如图2所示，在本实施例的另一实施例中，还包括一种预制梁全生命周期应力监测方法，包括：
S1：预制梁浇筑时预设若干个应力监测点，在预制梁的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，构建全生命周期应力监测；其中，S1包括：
S1-1：预设预制梁施工历史数据，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；
S1-2：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；
S1-3：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。
S2：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；其中，S2包括：
S2-1：获取放置在台座上的预制梁线性结构，构建预制梁有限元模型；
S2-2：生成预制梁应力监测点的理论应力值；
S2-3：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；
S2-4：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；
S2-5：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。
S3：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；其中，S3包括：
S3-1：采用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，经数据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；
S3-2：获取预制梁上应力监测点实际监测的应力值变化量和坐标点，并将坐标点与预制梁点云模型一和预制梁点云模型二进行配准；
S3-3：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；
S3-4：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。
S4：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，其中，S4包括：
S4-1：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；
S4-2：分析比对曲线中易损处并进行计算获取局部预应力储备评估结果；
S4-3：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；
S4-4：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S4-2和S4-3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力值比对结果与局部预应力储备评估结果和整体预应力储备评估结果进行校验。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
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力值比对结果与局部预应力储备评估结果和整体预应力储备评估结果进行校验。
6.一种预制梁全生命周期应力监测方法，其特征在于：包括：
S1：预制梁浇筑时预设若干个应力监测点，在预制梁的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，构建全生命周期应力监测；
S2：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；
S3：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；
S4：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。
7.根据权利要求6所述的一种预制梁全生命周期应力监测方法，其特征在于：所述S1包括：
S1-1：预设预制梁施工历史数据，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；
S1-2：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；
S1-3：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。
8.根据权利要求6所述的一种预制梁全生命周期应力监测方法，其特征在于：所述S2包括：
S2-1：获取放置在台座上的预制梁线性结构，构建预制梁有限元模型；
S2-2：生成预制梁应力监测点的理论应力值；
S2-3：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；
S2-4：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；
S2-5：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。
9.根据权利要求8所述的一种预制梁全生命周期应力监测方法，其特征在于：所述S3包括：
S3-1：采用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，经数据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；
S3-2：获取预制梁上应力监测点实际监测的应力值变化量和坐标点，并将坐标点与预制梁点云模型一和预制梁点云模型二进行配准；
S3-3：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；
S3-4：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。
10.根据权利要求9所述的一种预制梁全生命周期应力监测方法，其特征在于：所述S4包括：
S4-1：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；
S4-2：分析比对曲线中易损处并进行计算获取局部预应力储备评估结果；
S4-3：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；
S4-4：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S4-2和S4-3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力值比对结果与局部预应力储备评估结果和整体预应力储备评估结果进行校验。
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