CN116776424A - 一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法及系统，所述方法包括：创建桥梁全桥的有限元模型；考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利梁段；扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型；基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力，分析裂缝产生及扩展情况。本发明考虑了桥梁在不同温度作用、预应力损失以及收缩徐变效应等因素下可能出现的开裂情况，并对桥梁考虑以上各因素的影响之后的全桥模型的参数进行合理的调整和完善，从而综合考虑多重因素对桥梁的开裂的产生及扩展的作用，提高桥梁开裂的产生及扩展分析的准确度。

Description

一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法及系统

技术领域

本发明属于桥梁结构安全领域，具体涉及一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法及系统。

背景技术

混凝土由于其自身较高的抗压强度被广泛应用于各类水利工程、建筑、桥梁等结构中。但是混凝土的抗拉强度低，容易在服役期间产生裂缝。裂缝是贯穿桥梁建造及运营的一种桥梁病害，裂缝的萌生及扩展易造成桥梁结构承载能力降低，加速钢筋及混凝土等材料受到恶劣环境的侵蚀，危害到桥梁的正常使用及安全性，同时，裂缝的出现容易使桥梁挠度增大，影响到桥梁整体的美观性。

混凝土工作环境复杂，混凝土裂缝的形式也各式各样，常见的有荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、徐变裂缝等。早期学者们对混凝土裂缝的研究主要集中在工程实例中，例如大体积混凝土施工过程中水化热造成的混凝土结构裂缝，伴随着国内外预应力技术的飞速发展，预应力混凝土桥梁出现结构裂缝的情况不断出现，学者们意识到影响桥梁出现混凝土裂缝的因素众多。同时，计算机技术取得了长足的进步，以数值模拟辅助进行工程分析的方式也日益成熟，基于有限元的概念，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题研究的目的。数值模拟不仅研究周期短、投入成本较少，并且相对更安全。

综上所述，桥梁结构易受到多重不利因素影响和可能出现的初始缺陷作用出现裂缝病害或者桥梁挠度增大，从而危害到桥梁的安全性，因此，针对桥梁结构的受力以及混凝土裂缝的产生及扩展情况进行分析是非常有必要的。

CN106055784A公开了一种钢桥细节疲劳裂纹扩展评估方法，其考虑了车型、轴重、轴距、车道、各车型车道分布比例和温度对裂纹扩展的影响，但是其是针对已经发生裂缝的桥梁的裂缝扩展情况进行分析，对于裂纹产生的起因并未做研究，而裂纹的产生还可能受到预应力损失以及收缩徐变效应、模型参数等因素得影响，因此有必要提供一种新的分析方案，能有效分析裂缝的产生和扩展规律，并能综合考虑桥梁受到的多种不利因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法及系统，用于解决现有的桥梁开裂分析未综合考虑桥梁受到的多种不利因素的问题。

本发明第一方面，公开了一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述方法包括：

创建桥梁全桥的有限元模型；

考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利梁段；

扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型；

基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力，分析裂缝产生及扩展情况。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况具体包括：

考虑不同温度变化作用下主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定不同程度的温度作用对桥梁开裂趋势的影响；

测试管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的不同系数组合条件下桥梁结构的应力情况，确定存在开裂的趋势下的管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的最佳系数组合；

测试桥梁不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况；

根据不同程度的整体温度作用对桥梁开裂趋势的影响、管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的最佳系数组合下以及不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况，确定存在开裂趋势的梁段，将存在开裂趋势的梁段作为最不利梁段。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述考虑不同温度变化作用下主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定不同程度的温度作用对桥梁开裂趋势的影响具体包括：

分别考虑梯度升温、梯度降温和不同程度的整体温度变化作用下，主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定梯度升温、梯度降温和不同程度的整体温度变化对桥梁开裂趋势的影响。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述不同系数组合中，管壁摩擦系数μ、管道偏差对摩擦的影响系数k的取值均为递增趋势。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型具体包括：

确定最不利梁段附近的不利区域；

根据最不利梁段附近的不利区域扩大最不利梁段的范围，得到不利梁段，在Revit软件中建立不利梁段的几何模型；

将不利梁段的几何模型导入到Hypermesh软件中，划分有限元网格，得到不利梁段的实体模型；

将不利梁段的实体模型以部件的形式导入到ABAQUS有限元计算软件中，得到不利梁段的局部模型。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力，分析裂缝产生及扩展情况具体包括：

基于扩展有限元理论，在不利梁段的局部模型的适当位置埋入预制裂缝，设置C55混凝土最大主应力牵引开裂准则，并且在模型中输入C55混凝土的断裂能；

提取最不利工况下最不利梁段的应力边界，将提取出的应力边界作用在不利梁段的局部模型上，同时考虑局部梁段自身所受荷载，模拟、分析局部梁段在最不利工况下的应力情况；

获取不利梁段的局部模型在不同阶段的PHILSM云图以观察梁段的开裂情况。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述桥梁为云南庄特大桥，最不利梁段为上弦S4梁段和跨中33号梁段。

本发明第二方面，公开一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析系统，所述系统包括：

全桥模型建立模块：用于创建桥梁全桥的有限元模型；

不利梁段确定模块：用于考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利工况；确定最不利工况下的最不利梁段；

局部模型建立模块：用于扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型；

梁段开裂分析模块：基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力以及裂缝萌生及扩展情况。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1)本发明考虑了桥梁在不同温度作用、预应力损失以及收缩徐变效应等因素下可能出现的开裂情况，并对桥梁考虑以上各因素的影响之后的全桥模型的参数进行合理的调整和完善，综合考虑多重因素对桥梁的开裂的产生及扩展的作用，提高桥梁开裂的产生及扩展分析的准确度，可以用于桥梁开裂位置及扩展方向模拟；

2)本发明根据不同程度的整体温度作用对桥梁开裂趋势的影响、管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的最佳系数组合下以及不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况分析桥梁开裂的最不利工况，并确定最不利工况下的最不利梁段，建立了不利梁段的局部模型，基于扩展有限元理论为对局部模型进行桥梁开裂分析，利用扩展有限元理论允许单元存在不连续性以及模拟裂缝各个方向的启动和扩展、且不需要重新划分网格的特性，快速得到模型中梁段的开裂情况，减少了计算量的同时缩短了研究周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中桥梁全桥的有限元模型示意图；

图2为本发明实施例中梯度升温作用下主梁的第一主应力图，其中(a)为梯度升温作用下主梁底板第一主应力图、(b)为梯度升温作用下主梁腹板第一主应力图、(c)为梯度升温作用下主梁顶板第一主应力图；

图3为本发明实施例中梯度降温作用下主梁第一主应力图，其中(d)为梯度降温作用下主梁底板第一主应力图、(e)为梯度降温作用下主梁腹板第一主应力图、(f)为梯度降温作用下主梁顶板第一主应力图；

图4为本发明实施例中在不同程度的整体温度作用下，主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，其中(g)为不同整体降温作用下最大的第一主应力变化，(h)为不同整体升温作用下最大的第一主应力变化；

图5为本发明实施例中系数组合五时主梁第一主应力图，其中，(l)为系数组合五时主梁底板第一主应力图、(m)为系数组合五时主梁腹板第一主应力图、(n)系数组合五时主梁顶板第一主应力图；

图6为本发明实施例中不同系数组合下上弦S4梁段的顶板和中跨合龙段的底板的第一主应力示意图，其中(p)为不同系数组合下上弦S4梁段的第一主应力图，(q)为不同系数组合下中跨合龙段的底板的第一主应力图；

图7为本发明实施例中不同运营年限下S4梁段和跨合龙段第一主应力图，其中(r)为不同运营年限下上弦S4梁段的第一主应力图，(s)为不同运营年限下中跨合龙段的底板的第一主应力图；

图8为本发明实施例中的上弦S4梁段的局部模型；

图9为本发明实施例中的跨中33号梁段的局部模型；

图10为本发明实施例中的跨中33号梁段的底板的第一主应力图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述方法包括：

S1、创建桥梁全桥的有限元模型。

具体的，本发明实施例依托工程实例云南庄特大桥的原本设计，在MIDAS软件中创建全桥有限元模型，并根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018对桥梁正常使用极限状态下的荷载组合进行确定，桥梁的有限元模型如图1所示。

S2、考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利梁段。

步骤S2具体包括如下分步骤：

S21、在桥梁原本的设计上，考虑不同温度变化作用下主梁顶板、腹板和底板的第一主应力变化。

本发明分别考虑梯度升温、梯度降温和不同程度的整体温度变化作用下，主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定不同程度的整体温度作用对桥梁开裂趋势的影响。

如图2所示为梯度升温作用下主梁的第一主应力图，其中(a)为梯度升温作用下主梁底板第一主应力图、(b)为梯度升温作用下主梁腹板第一主应力图、(c)为梯度升温作用下主梁顶板第一主应力图。由图2可知，梯度升温作用下主梁底板产生的第一主应力较大，有可能会导致主梁底板开裂。

图3所示为梯度降温作用下主梁第一主应力图，其中(d)为梯度降温作用下主梁底板第一主应力图、(e)为梯度降温作用下主梁腹板第一主应力图、(f)为梯度降温作用下主梁顶板第一主应力图。分析图3可知：梯度降温作用对主梁顶板的第一主应力影响较大，导致主梁有较明显的开裂趋势，因此梯度温度作用对桥梁结构受力影响较大，对桥梁结构的开裂影响亦需要予以重视。

如图4所示为在不同程度的整体温度作用下，主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，其中(g)为不同整体降温作用下最大的第一主应力变化，(h)为不同整体升温作用下最大的第一主应力变化。

由图4可知，随着整体升温和整体降温的程度加大，主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化基本遵循相同的规律。整体降温的取值绝对值每减小2℃时，主梁各位置最大的第一主应力将提高大约0.02MPa；整体升温的取值每增大2℃时，主梁顶板和腹板上最大的第一主应力将提高大约0.02MPa，特别的，底板上最大的第一主应力将提高0.08MPa左右。分析在不同程度整体温度取值时的主梁顶板、腹板和底板的第一主应力变化可知，整体温度的取值可能会导致桥梁结构出现较大的第一主应力从而产生开裂趋势。

S22、分析管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k在不同组合取值条件下桥梁结构的应力情况，

查阅国内大量关于预应力筋管道摩阻损失的测量和计算的文献资料以及报告等可知：国内对预应力摩阻损失的考虑相对保守，因此本发明通过测试管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的不同系数组合条件下桥梁结构的应力情况，确定存在开裂的趋势下的管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的最佳系数组合，

本文在此基础上探究管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的以下不同组合取值条件下桥梁结构的应力情况，即：

本实施例设定的不同系数组合中，管壁摩擦系数μ、管道偏差对摩擦的影响系数k的取值均为递增趋势，设定的五组系数组合分别为：

(1)系数组合一：μ＝0.25、k＝0.0015

(2)系数组合二：μ＝0.35、k＝0.0040

(3)系数组合三：μ＝0.50、k＝0.0070

(4)系数组合四：μ＝0.80、k＝0.0085

(5)系数组合五：μ＝0.90、k＝0.0095

分别测试五组系数组合下主梁第一主应力图，并比较第一主应力的大小，得到第一主应力对应的系数组合。比较可知当μ和k取值为系数组合五时，第一主应力较大。如图5所示为系数组合五时主梁第一主应力图，其中，(l)为系数组合五时主梁底板第一主应力图、(m)为系数组合五时主梁腹板第一主应力图、(n)为系数组合五时主梁顶板第一主应力图。(l)、(m)、(n)中的两个桥墩分别为13号墩和14号墩。

分析图5可知：当μ和k取值为系数组合五时，(l)中跨合龙段底板产生的第一主应力较大，达到了2.27MPa，接近C55混凝土的抗拉强度2.74MPa，存在开裂的趋势；而(m)中主梁腹板产生的第一主应力较小，最大值仅为1.05MPa，无明显开裂趋势；但(n)中主梁顶板产生的第一主应力非常大，13号墩和14号墩附近的S1-S5梁段与S1'-S5'梁段的顶板均出现了大于3.0MPa的第一主应力，最不利梁段为靠近14号墩的S4梁段，顶部出现了4.37MPa左右的第一主应力，已经远大于C55等级混凝土的轴心抗拉强度标准值2.74MPa，具有非常明显的开裂趋势。

考虑到管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的不同取值时，结构的预应力损失较大，结构不同位置产生的第一主应力较大，特别是上弦S4梁段的顶板和中跨合龙段的底板位置，都有较明显的开裂趋势，进一步分析上弦S4梁段的顶板和中跨合龙段的底板的第一主应力，得到如图6所示为不同系数组合下上弦S4梁段的顶板和中跨合龙段的底板的第一主应力示意图，其中(p)为不同系数组合下上弦S4梁段的第一主应力图，(q)为不同系数组合下中跨合龙段的底板的第一主应力图。由图6可知，当μ和k的取值增大时，上弦S4梁段顶板和中跨合龙段底板产生的第一主应力也随之增大，从而加大了梁的开裂风险。

S23、测试桥梁不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况。

混凝土的徐变效应是一个长期的过程，混凝土结构在长期受荷时受到的应力变大，可能会导致桥梁裂缝的扩展和挠度的下降，对桥梁的正常使用造成危害。目前大量桥梁对于此项研究还不够完善，本实施例对桥梁刚成桥、成桥4年、成桥8年、成桥12年、成桥16年和成桥20年六个运营阶段展开分析，得到桥梁各部分结构的应力情况，如图7所示为不同运营年限下S4梁段和跨合龙段第一主应力图，其中(r)为不同运营年限下上弦S4梁段的第一主应力图，(s)为不同运营年限下中跨合龙段的底板的第一主应力图。由图7可知：S4梁段顶板和中跨合龙段底板产生的第一主应力都会随着桥梁运营年限的延长而增加，加大梁段开裂的趋势，这无疑给桥梁的正常使用增加了安全隐患。

S24、根据规范对桥梁荷载工况进行计算，得到最不利工况的情况，分析此最不利工况情况下具有开裂趋势的梁段。

S25、确定桥梁开裂的最不利梁段。

以上步骤S21～S24分析了根据不同程度的温度变化作用、管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的不同系数组合、不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况以及最不利工况，根据以上分析结果可确定存在开裂趋势的梁段，将存在开裂趋势的梁段作为最不利梁段。

综合以上分析，云南庄特大桥桥梁的上弦S4梁段顶板和跨中33号梁段底板具有非常明显的开裂趋势，因此确定了云南庄特大桥的最不利梁段为上弦S4梁段和跨中33号梁段。

S3、扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型。

根据圣维南原理提取整体桥梁的应力边界，根据应力大小确定最不利梁段附近的不利区域。

根据最不利梁段附近的不利区域扩大最不利梁段的范围，得到不利梁段，在Revit软件中建立不利梁段的几何模型。云南庄特大桥的最不利梁段为上弦S4梁段和跨中33号梁段，因此建立的几何模型范围是上弦S2梁段至上弦S6梁段和跨中31号至33号段。将不利梁段的几何模型导入到Hypermesh软件中，考虑到模型的体量较大，为了兼顾计算的精确与效率，大部分划分为六面体单元，这样就实现了从桥梁的几何模型向实体模型的转换，得到不利梁段的实体模型。

再将将不利梁段的实体模型以部件的形式导入到ABAQUS有限元计算软件中，得到上弦S4梁段和跨中33号梁段的局部模型，即不利梁段的局部模型，如图8和图9所示分别为上弦S4梁段局部模型和跨中33号梁段的局部模型。

提取桥梁整体模型中的应力边界作用于上弦S4梁段和跨中33号梁段的局部模型，为了验证局部模型的正确性，将局部模型的应力结果与全桥MIDAS模型的计算结果进行对比，如图10所示为跨中33号梁段的底板的第一主应力图，由图10可知局部模型跨中梁段的底板处的第一主应力最大值为3.29MPa，与MIDAS软件中的2.82MPa相差不大，误差在可接受范围内，说明所建立的局部模型可以准确有效地对局部区域进行模拟。

S5、基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力，分析裂缝产生及扩展情况。

基于扩展有限元理论，在跨中33号梁段和上弦S4梁段局部模型的适当位置埋入预制裂缝，设置C55混凝土最大主应力牵引开裂准则，并且在模型中输入C55混凝土的断裂能，此即完成了局部模型中扩展有限元法的相关设置。

提取最不利工况下最不利梁段的应力边界，将提取出的应力边界作用在不利梁段的局部模型上，同时考虑局部梁段自身所受荷载，模拟、分析局部梁段在最不利工况下的应力情况，进行桥梁开裂模拟分析。在分析结果里调取上弦S4梁段和跨中33号梁段局部模型不同阶段的PHILSM云图以观察梁段的开裂情况，从而分析裂缝产生及扩展情况。

与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析系统，所述系统包括：

全桥模型建立模块：用于创建桥梁全桥的有限元模型；

不利梁段确定模块：用于考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利工况；确定最不利工况下的最不利梁段；

局部模型建立模块：用于扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型；

梁段开裂分析模块：基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力以及裂缝萌生及扩展情况。

以上系统实施例和方法实施例是一一对应的，系统实施例简述之处请参阅方法实施例即可。

本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，其特征在于，所述方法包括：

创建桥梁全桥的有限元模型；

考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利梁段；

扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型；

基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力，分析裂缝产生及扩展情况。

2.根据权利要求1所述的基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况具体包括：

考虑不同温度变化作用下主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定不同程度的温度作用对桥梁开裂趋势的影响；

测试管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的不同系数组合条件下桥梁结构的应力情况，确定存在开裂的趋势下的管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的最佳系数组合；

测试桥梁不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况；

根据不同程度的整体温度作用对桥梁开裂趋势的影响、管壁摩擦系数μ和管道偏差对摩擦的影响系数k的最佳系数组合下以及不同运营年限下桥梁各部分结构的应力变化情况，确定存在开裂趋势的梁段，将存在开裂趋势的梁段作为最不利梁段。

3.根据权利要求2所述的基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述考虑不同温度变化作用下主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定不同程度的温度作用对桥梁开裂趋势的影响具体包括：

分别考虑梯度升温、梯度降温和不同程度的整体温度变化作用下，主梁的顶板、底板和腹板三个不同位置的第一主应力变化，确定梯度升温、梯度降温和不同程度的整体温度变化对桥梁开裂趋势的影响。

4.根据权利要求3所述的基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述不同系数组合中，管壁摩擦系数μ、管道偏差对摩擦的影响系数k的取值均为递增趋势。

5.根据权利要求1所述的基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型具体包括：

确定最不利梁段附近的不利区域；

根据最不利梁段附近的不利区域扩大最不利梁段的范围，得到不利梁段，在Revit软件中建立不利梁段的几何模型；

将不利梁段的几何模型导入到Hypermesh软件中，划分有限元网格，得到不利梁段的实体模型；

将不利梁段的实体模型以部件的形式导入到ABAQUS有限元计算软件中，得到不利梁段的局部模型。

6.根据权利要求5所述的基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力，分析裂缝产生及扩展情况具体包括：

基于扩展有限元理论，在不利梁段的局部模型的适当位置埋入预制裂缝，设置C55混凝土最大主应力牵引开裂准则，并且在模型中输入C55混凝土的断裂能；

提取最不利工况下最不利梁段的应力边界，将提取出的应力边界作用在不利梁段的局部模型上，同时考虑局部梁段自身所受荷载，模拟、分析局部梁段在最不利工况下的应力情况；

获取不利梁段的局部模型在不同阶段的PHILSM云图以观察梁段的开裂情况。

7.根据权利要求4所述的基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析方法，所述桥梁为云南庄特大桥，最不利梁段为上弦S4梁段和跨中33号梁段。

8.一种基于扩展有限元理论的桥梁开裂分析系统，其特征在于，所述系统包括：

全桥模型建立模块：用于创建桥梁全桥的有限元模型；

不利梁段确定模块：用于考虑不同温度变化作用下、不同系数组合条件下和不同运营年限下桥梁结构的应力情况，确定最不利工况；确定最不利工况下的最不利梁段；

局部模型建立模块：用于扩大最不利梁段的范围，并建立桥梁的最不利梁段的局部模型；

梁段开裂分析模块：基于扩展有限元理论对最不利梁段的局部模型进行开裂分析，计算得到桥梁的局部应力以及裂缝萌生及扩展情况。