裂缝监测的主要方法有（结构裂缝监测与温度影响研究）

裂缝监测的主要方法有（结构裂缝监测与温度影响研究）则非等距GM(1 1)模型相应的微分方程为对该序列1次累加，序列的时距Δki作为乘子，生成序列桥梁裂缝宽度是混凝土桥梁结构在运营阶段的重点观测参数，它直接影响到桥梁的抗渗性、结构强度与耐久性等。目前开展的桥梁定期检查是通过目测观察结合仪器观测的方式进行检查，进行人为感官判断，区域上是从细部看待问题，无法将这些人为感官判断综合为整体进行分析。为及时发现桥梁结构在其服役期间性能变化，保证桥梁结构服役安全性，通过监测和对得到数据的分析、处理，建立变形模型，及时掌握桥梁的健康状况，并对极限使用状况进行及时预警，以规避重大结构问题的发生。年温差荷载是一个较长时间作用的缓慢过程，作用范围是桥梁整体且分布均匀，更能反映出裂缝与温度之间的关系。目前，预测裂缝模型主要有灰模型、神经网络等。人工神经网络具有较强的学习能力，适合短期裂缝的预测。而灰模型在量化不确定和利用已知信息寻求系统规律方面有较好的适用性，故

泮伟斌 王志 崔红波 陈麒元 王兵见宁波海运明州高速公路有限公司 宁波市公安局交通警察局 北京交通大学交通运输部公路科学研究所

摘 要：目前对桥梁的常规检查较难满足对特大型桥梁和特别重要桥梁的检查需求，无法全面监测桥梁的运行状况，只能在病害发展到一定程度才能发现，延误维修加固的时机，同样也无法对极限荷载进行及时预警，保障桥梁运营安全。为及时发现桥梁结构在其服役期间性能变化，保证桥梁结构服役安全性，采用实时监测的方法对桥梁结构控制截面挠度以及主要结构裂缝宽度变化进行监测与预测分析。研究结构裂缝宽度与温度和车辆荷载的关系，将实时监测与长期预测相结合，科学指导养护决策。

关键词：桥梁;裂缝;监测;温度;预警;

基金：浙能集团科技计划项目(HMGY2019-11);

开裂问题是困扰现浇施工的大跨径预应力混凝土桥梁的通病。开裂的原因根据内因外因可分为设计不足、施工缺陷、超载及环境温湿度影响等。具体原因包括新老混凝土梁块界面不密贴;设计不足导致的结构性裂缝如腹板斜裂缝、中跨跨中底板横向裂缝和腹板竖向裂缝等，一般在施工过程中和运营初期出现;温差收缩引起的裂缝，如人孔顶部的发散性裂缝、由于混凝土内外部温度变化而引起的混凝土表面温度和环境温度差异，导致混凝土不均匀自收缩，最终形成温度裂缝。

桥梁裂缝宽度是混凝土桥梁结构在运营阶段的重点观测参数，它直接影响到桥梁的抗渗性、结构强度与耐久性等。目前开展的桥梁定期检查是通过目测观察结合仪器观测的方式进行检查，进行人为感官判断，区域上是从细部看待问题，无法将这些人为感官判断综合为整体进行分析。为及时发现桥梁结构在其服役期间性能变化，保证桥梁结构服役安全性，通过监测和对得到数据的分析、处理，建立变形模型，及时掌握桥梁的健康状况，并对极限使用状况进行及时预警，以规避重大结构问题的发生。

1 裂缝宽度监测与预测方法

年温差荷载是一个较长时间作用的缓慢过程，作用范围是桥梁整体且分布均匀，更能反映出裂缝与温度之间的关系。目前，预测裂缝模型主要有灰模型、神经网络等。人工神经网络具有较强的学习能力，适合短期裂缝的预测。而灰模型在量化不确定和利用已知信息寻求系统规律方面有较好的适用性，故采用灰模型对裂缝宽度进行预测。

GM(1 1)模型是灰色系统理论中应用最广泛的1种灰色动态预测模型。根据图6的桥梁裂缝宽度的历史测量数据，可以发现裂缝宽度随温度改变以“年”为周期规律性变化，且与温度呈正相关，假设ki为裂缝Mj的检查日期，x(0)(ki)为裂缝Mj在时刻ki的最大裂缝宽度。裂缝Mj宽度的历史测量数据可表示为x(0)(ki)={x(0)(k1) x(0)(k2)，…，x(0)(kn)}，该数据序列时距Δki=ki-ki-1 i=2 3，…，n。裂缝的测量数据往往不是等时距的，Δki不为恒定的常数。

对该序列1次累加，序列的时距Δki作为乘子，生成序列

则非等距GM(1 1)模型相应的微分方程为

式中:α为发展灰度;μ为内生控制灰数。

设为待估参数，

，利用最小二乘法求解，可得

式中:

式中:Z(1)(ki)称为x(1)(t)的区间[ki-1 ki]上的背景值，其计算公式为

求解微分方程，即可得预测出ki 1时刻裂缝Mj的宽度

式中:x∧(1)(ki)为预测出的k时刻的1次累计值。

2 案例应用

某上部结构为65 100 65m三孔变截面预应力混凝土连续箱梁，设计荷载为汽车-超20级，挂车-120，双向8车道，左右幅分离。桥梁为整条高速公路的重点控制节点，交通流量大，且运营服役时间已有10年。竣工验收阶段，发现箱梁存在大量的横向裂缝、腹板斜向裂缝底板多处空洞。

2.1 裂缝计布设方案

采用表面裂缝计监测结构裂缝和接缝的宽度变化。传感器两端的球形万向节允许一定程度的剪切位移，内置温度传感器可同时监测安装位置的温度。其工作图与安装示意图如图1～图2所示。

图1 裂缝计工作图 下载原图

图2 安装示意图 下载原图

箱梁内外部裂缝位置示意图如图3～4所示。

图3 箱梁内部裂缝位置示意 下载原图

图4 箱内测点布置示意图(跨中合龙段) 下载原图

2.2 监测结果及分析

按照布设方案对裂缝计进行布置，所得结果如图5～图6所示。

图5 温度-缝宽分布图 下载原图

由图6可知，桥梁混凝土裂缝宽度与长期温度变化呈反向相关，即在桥梁运营期间，温度越高，温度应力越大，混凝土拉应力越大，压应力越小，混凝土裂缝宽度越大。由图7可知，桥梁混凝土裂缝宽度与温度呈线性相关，即混凝土裂缝宽度大小与温度大小成正比，进一步说明了裂缝宽度主要受温度影响。

通过以上分析可知，温度是混凝土裂缝宽度的直接影响因素，受温度影响，裂缝宽度变化趋势随年温度变化而呈现出以“年”为周期规律性变化。

图6 温度-缝宽相关图 下载原图

3 结语

本文对混凝土的温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，对实例工程桥梁进行数据监测分析，得到了裂缝宽度与温度的相关关系，并通过对数据分析，探讨了裂缝随温度变化的基本规律。研究结果表明温度越高，温度应力越大，混凝土拉应力越大，压应力越小，混凝土裂缝宽度越大。最终基于灰色系统理论中的GM(1 1)模型对裂缝宽度进行预测，通过与裂缝宽度预警阈值比较，实现对桥梁结构状态的预警。

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