1.一种桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、监测并采集桥梁结构的锈蚀图像数据、结构变形数据、动态响应数据和环境条件数据;
S2、分析采集的钢筋表面锈蚀图像,识别锈蚀的类型、分布特征和对应的当前锈蚀程度;
S3、根据多个时间序列下的锈蚀程度,构建锈蚀预测模型;
S4、对不同预设锈蚀程度的钢筋与混凝土之间的粘结力进行模拟测试,获取多组预设锈蚀程度与粘结力的关联数据,并构建关于钢筋表面锈蚀程度和粘结力的关联分析模型;
S5、将所述锈蚀预测模型与不同桥梁结构的当前监测数据进行对比分析,评估锈蚀预测模型在当前环境条件下的准确度,并调整锈蚀预测模型;
S6、将所述关联分析模型与不同桥梁结构的当前监测数据进行对比分析,评估关联分析模型在当前锈蚀程度下的准确度,并调整锈蚀预测模型;
S7、根据锈蚀类型、分布特征和锈蚀程度,以及锈蚀预测模型和当前监测数据的对比分析结果,识别锈蚀影响的潜在隐患区域,分析通过的车辆对这些潜在隐患区域的影响;
S8、根据桥梁结构的受力特征,评估潜在隐患区域内锈蚀对粘结力的影响,根据区域到受力点的距离、材料特性和环境条件,确定不同锈蚀程度对粘结力的削弱程度,分析历史数据和通过车辆的特点,设定粘结力影响的阈值,并根据此阈值将受影响区域分类。
2.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S1具体包括:采用图像传感器获取桥梁结构表面的高清图像数据,并对图像进行分割和特征提取,对损伤区域进行自动识别和定位,计算锈蚀面积占比和裂纹长度,作为锈蚀监测的评估依据;
采用应变传感器和加速度计对桥梁结构的应变和振动加速度进行实时采集,根据应变和加速度数据的变化趋势和幅值大小,结合预设的判断阈值,确定桥梁结构是否发生变形或异常振动,并获得桥梁结构变形和动态响应的监测数据;
采用温度、湿度和腐蚀传感器对桥梁所处环境的温度、湿度和腐蚀性气体浓度进行实时监测,根据环境参数与桥梁结构材料特性的关联关系,建立量化的评估模型,判断当前环境条件对桥梁结构耐久性的影响程度,得到环境条件监测结果。
3.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:根据采集钢筋表面的高清图像数据,采用图像预处理技术对图像进行去噪、增强和标准化,提高图像质量和钢筋表面锈蚀特征的可识别性;
采用基于深度学习的语义分割算法对锈蚀图像进行像素级分割,精确提取锈蚀区域的位置和边界信息,得到锈蚀区域的二值化掩码图;
根据锈蚀区域掩码图,计算锈蚀面积占钢筋表面总面积的比例,作为衡量锈蚀程度的重要指标;
通过提取锈蚀区域的灰度直方图特征,得到反映锈蚀区域的灰度分布情况;
通过计算锈蚀区域的局部二值模式特征,捕捉锈蚀纹理的微观结构和规律性,并将这些特征参数组合成一个多维特征向量,作为后续锈蚀类型判别和程度评估的输入。
4.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括:获取钢筋结构历史检测数据,提取不同时间节点的锈蚀面积、最大锈蚀深度,构建以时间为索引的锈蚀程度时间序列数据集;
对锈蚀程度时间序列进行平稳性检验,若不平稳则进行差分处理,直至通过平稳性检验;
采用STL分解方法,基于LOESS拟合,将时间序列分解为趋势项、季节项和随机项,根据分解结果,对趋势项采用线性回归或多项式回归建模,对季节项采用Fourier级数或周期函数建模,对随机项采用ARMA模型建模;
选择时间序列预测模型,根据锈蚀程度时间序列的平稳性、自相关性和趋势性特点,结合ACF和PACF图,确定模型的超参数;
通过交叉验证和信息准则评估不同模型的拟合优度和预测性能,选择最优模型;
引入环境因素作为协变量,将其与锈蚀程度时间序列进行融合,构建多元时间序列的锈蚀预测模型。
5.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S4具体包括:根据预设的锈蚀程度等级,采用电化学加速腐蚀的方法,对钢筋试件进行人工锈蚀处理;
通过控制腐蚀电流密度和腐蚀时间,实现对锈蚀程度的调控;
腐蚀过程中,定期监测钢筋的质量损失率、体积膨胀率,确保达到预设的锈蚀程度;
模拟实际环境中的不均匀锈蚀,并制备不同锈蚀程度的钢筋试件,测量其表面的锈蚀面积比例、锈蚀深度,定量表征锈蚀程度;
将锈蚀处理后的钢筋试件与混凝土浇筑成标准试件,采用与实际结构相似的混凝土配合比和养护条件,确保试件的代表性;
设置未锈蚀钢筋与混凝土的对照组试件,用于评估锈蚀对粘结力的影响程度;
对不同锈蚀程度的钢筋混凝土试件进行拉拔实验,通过位移传感器和应变片测试设备,连续记录拉拔过程中的荷载‑位移曲线和钢筋应变分布,获得反映粘结力的力学参数;
根据拉拔实验测得的力学参数,计算不同锈蚀程度下钢筋混凝土界面的粘结力分布;
结合锈蚀产物的体积膨胀效应、疏松多孔特性以及钢筋截面损失,分析锈蚀产物对粘结力传递机制的影响,识别出锈蚀导致粘结力降级的关键因素;
通过对拉拔试件的断面分析和微观形貌表征,定量评估锈蚀产物的这些特性;
对不同锈蚀程度下的粘结强度和界面应力分布进行统计分析,提取粘结力的定量指标;
采用多元线性回归或非线性回归方法,建立钢筋表面锈蚀程度与粘结力的关联分析模型。
6.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S5具体包括:提取不同桥梁的实时监测数据,记录桥梁所处的区域类型、交通流量和载荷类型信息,构建桥梁锈蚀监测数据库;
将监测数据库中各桥梁的当前锈蚀状态参数输入到已构建的锈蚀预测模型中,获得各个桥梁在当前时刻的锈蚀程度预测值,并与通过电化学参数估算的锈蚀程度进行对比,计算预测误差和相对误差;
对各个桥梁的预测误差进行统计分析,计算预测误差的均值和标准差,绘制预测误差的分布直方图和箱线图,直观评估锈蚀预测模型在不同桥梁上的整体预测准确度和稳定性。
7.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S6具体包括:提取实时的粘结力监测数据,包括采用拉拔法测试得到的钢筋与混凝土之间的极限粘结强度,以及采用钢筋应变法测试得到的钢筋应变分布,并根据应变分布反演钢筋与混凝土之间的粘结应力分布;
对于每个监测断面,至少布设3个测点,每个测点至少平行测试3个试件,获得平均值作为该断面的代表值;
监测频率根据桥梁的重要性和劣化速率确定,将监测数据规范化,形成跨桥梁、跨结构类型的粘结力数据集;
将当前粘结力监测数据输入到已构建的钢筋表面锈蚀程度与粘结力的关联分析模型中,模型内部根据当前的锈蚀面积比例、锈蚀深度参数,预测得到与之对应的理论粘结力值,作为当前锈蚀程度下的粘结力预测值;
针对每个桥梁结构,将粘结力预测值与实测值进行比对,计算二者的差值作为预测偏差,并用绝对值、相对百分比等指标量化预测偏差的大小;
评估关联分析模型在当前锈蚀程度下的准确度,确定模型的预测精度是否满足实际应用需求。
8.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S7具体包括:根据锈蚀类型识别结果,将桥梁钢筋锈蚀划分为均匀锈蚀、局部锈蚀和点蚀三种类型;
结合锈蚀的形态特征、空间分布特点和成因机理,制定一套多指标综合评价的锈蚀类型划分标准,采用层次分析法确定各因素的权重,通过加权求和得到锈蚀类型的量化指标,再根据指标值的大小划分锈蚀类型;
结合锈蚀分布特征分析,确定各类型锈蚀在桥梁不同部位的分布概率和空间相关性,形成桥梁锈蚀类型和分布的概率模型;
采用锈蚀程度评估方法,计算桥梁各部位钢筋的平均锈蚀面积比例、最大锈蚀深度,结合锈蚀类型和分布概率模型,对桥梁整体和局部的锈蚀程度进行综合评估,得到桥梁锈蚀程度的空间分布图。
9.根据权利要求1所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S8具体包括:根据桥梁结构的受力特点,选择适用的有限元分析软件,建立桥梁结构的三维实体模型,并合理划分网格;
在桥梁锈蚀隐患区域,根据钢筋锈蚀分布情况,将区域划分为若干个子区,每个子区内锈蚀程度近似均匀,针对每个子区,依据锈蚀钢筋截面损失率,通过降低钢筋的截面面积和等效屈服强度,生成等效的锈蚀钢筋材料参数;
采用参数化建模技术,在几何模型或网格模型中预置影响区,通过改变影响区的距离、尺寸,自动生成不同的有限元模型,模拟锈蚀区域的空间变异性,评估位置因素的影响规律;
针对锈蚀钢筋混凝土粘结滑移行为,采用经修正的CEB‑FIPModelCode2010本构关系;
在修正粘结滑移本构时,引入反映锈蚀程度的无量纲参数,建立各参数与锈蚀参数的定量关联,并通过拉拔试验测试手段标定;
将修正后的锈蚀劣化‑粘结滑移本构嵌入有限元模型,评估不同锈蚀程度对桥梁整体粘结力的削弱程度。
10.根据权利要求9所述桥梁结构隐性损伤识别方法,其特征在于,所述步骤S8还包括:对超出粘结力阈值的危害区域,利用有限元分析方法进行受力分析和危害评估,确定其对桥梁结构整体安全性的影响,计算维护修复范围,制定相应的维护和修复策略;
对未超出粘结力阈值的非危害区域,根据桥梁的结构特点和监测数据,结合成本效益分析,评估更换或修复后的长期收益,制定维护和修复策略。