一种桥梁腐蚀监测与寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种桥梁腐蚀监测与寿命预测方法，该方法通过三组安装在桥梁不同深度的氯离子浓度传感器以及腐蚀速率传感器所反馈的数据利用菲克第二定律等方法综合判断该桥梁当前状态距离桥梁腐蚀开裂阶段的时间，得出桥梁在没有维护情况下的剩余寿命，实现了对桥梁腐蚀状态的监测和对桥梁寿命的预测。本发明专利技术主要解决了对于已建成桥梁腐蚀状态的监测问题，并能通过传感器数据预测桥梁结构的剩余寿命，提醒维护人员及时进行桥梁维护，保障了桥梁结构的安全性和交通的正常通行。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该方法通过三组安装在桥梁不同深度的氯离子浓度传感器以及腐蚀速率传感器所反馈的数据利用菲克第二定律等方法综合判断该桥梁当前状态距离桥梁腐蚀开裂阶段的时间，得出桥梁在没有维护情况下的剩余寿命，实现了对桥梁腐蚀状态的监测和对桥梁寿命的预测。本专利技术主要解决了对于已建成桥梁腐蚀状态的监测问题，并能通过传感器数据预测桥梁结构的剩余寿命，提醒维护人员及时进行桥梁维护，保障了桥梁结构的安全性和交通的正常通行。【专利说明】
本专利技术属于钢筋混凝土桥梁结构监测领域，涉及一种利用混凝土结构氯离子浓度、腐蚀速率预测该结构物寿命的分析方法。
技术介绍
由以氯离子为主的金属离子扩散而引发的钢筋混凝土结构的腐蚀是桥梁结构损坏的最主要原因。因此对于钢筋混凝土的桥梁结构，实时监测其结构健康状态对于保证桥梁结构的安全性及交通运输的正常通行具有非常重要的意义。现有的腐蚀监测传感器大多数无法有效的监测腐蚀的长期扩散状况，也无法根据当前的腐蚀情况预测桥梁结构的剩余寿命。这一缺陷导致桥梁维护人员需要通过自己的相关经验判断传感器所反馈的数据，降低了对桥梁结构监测的及时性，同时也大大增加了桥梁维护人员的工作量。目前，许多新建混凝土结构中已使用了各种长期监测腐蚀状况的钢筋网腐蚀传感器，但这些传感器安装的复杂性导致这些传感器并不适合用于已建成的钢筋混凝土结构。因此，对已建成的钢筋混凝土桥梁结构的腐蚀监测和寿命预测则显得较为重要。针对已建成钢筋混凝土桥梁结构的腐蚀监测和寿命预测问题，本专利所提出的一种桥梁腐蚀监测与寿命预测的方法，能够通过在已建成桥梁结构的三个不同深度安装氯离子浓度传感器，并配以腐蚀速率传感器，即可利用传感器数据即时判断当前桥梁结构的腐蚀状况，并通过数据推算出当前时刻距离腐蚀开裂时刻的时间。传感器的安装较为简单，而完善的系统算法也为桥梁维护人员节约了大量的时间和工作量。本专利技术能够及时提醒桥梁维护人员对桥梁的维护，也保障了桥梁结构的安全性及交通的正常通行。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供一种针对已建成桥梁，实时监测其腐蚀状况，并通过数据预测该桥梁结构的剩余寿命，能够极大的保障桥梁结构的安全性和交通运输正常通行的桥梁腐蚀监测与寿命预测方法。技术方案:本专利技术的桥梁腐蚀监测与寿命预测方法，包括以下步骤:步骤I)在桥梁混凝土桥墩中设置等距直线排列的至少三个氯离子浓度传感器，记氯离子传感器个数为N个，同时在直线两端的氯离子浓度传感器之间连线的中点处设置腐蚀速率传感器；通过氯离子浓度传感器分别采集时刻t1; t2，…t^..ts下桥梁各个点位XpX2> --41^%处的氯离子浓度，其中\为第1个时刻，1为时刻序号，1=1，2，…，Sd1S第一个数据采 集时刻，^为进行寿命预测的时刻，即当前时刻，S为进行寿命预测的时刻序号，Xn为第η处点位，η=1, 2，…，1在\时刻下所采集的各个点位的氯离子浓度值分别记% C(X1, ti), C(X2, ^),…，C(Xn，ti)，...C(XnA);同时通过腐蚀速率传感器采集时刻t1;t2，".ν.'下的腐蚀速率，分别记为CR1;CR2，…civ"crs;步骤2)按照如下方法分别对各时刻的氯离子浓度C(Xpti), C(X2，ti)，…，C (Xn, ，…C (XN, ，以及腐蚀速率CRi进行初次筛选:a)如果\时刻深度Xp X2、…Xf Xn处所对应的一组氯离子浓度值Cft1, ，C (X2, ti)，…，C (Xn, ti)，-C (XN, ti)有以下情形之一，则剔除该组数据:任意一个氯离子浓度值为负值，任意一个氯离子浓度值>2.0M,该组氯离子浓度值的相关系数r的绝对值I r |〈0.75 ；b)如果\时刻的腐蚀速率CRi有以下情形之一，则剔除该数据:腐蚀速率CRi为负值，腐蚀速率CRi小于上一时刻V1的测量值CRi+CR1-0.luA/cm2 且 CRiM.0uA/cm2 ；步骤3)首先，根据所述步骤2)初次筛选过后的数据，对于每一时刻\的一组氯离子浓度值C (X1, ti)，C (X2, ti)，…，C (Xn, ti)，…C(XN，ti)，利用菲克第二定律计算时刻ti对应的表面氯离子浓度cs(i)和扩散系数Di ；然后根据下列方程，求解出每个时刻t对应的腐蚀开始时刻Tth(i):【权利要求】1.，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤I)在桥梁混凝土桥墩中设置等距直线排列的至少三个氯离子浓度传感器，记氯离子传感器个数为N个，同时在直线两端的氯离子浓度传感器之间连线的中点处设置腐蚀速率传感器；通过氯离子浓度传感器分别采集时刻t1; t2，…t^..ts下桥梁各个点位\、X2、…XiZ-Xn处的氯离子浓度，其中\为第i个时刻，i为时刻序号，i=l, 2，…，S，h为第一个数据采集时刻，ts为进行寿命预测的时刻，即当前时刻，S为进行寿命预测的时刻序号，Xn为第η处点位，η=1，2，…，1在\时刻下所采集的各个点位的氯离子浓度值分别记为t,)，C(X2，ti)，…，C(Xn，ti)，…C(XN，ti);同时通过腐蚀速率传感器采集时刻t1; t2，...v..ts下的腐蚀速率，分别记为CR1, CR2,…CRr"CRs ； 步骤2)按照如下方法分别对各时刻的氯离子浓度，C(X2，，…，C(Xn，，...C(XN, ，以及腐蚀速率CRi进行初次筛选: a)如果\时刻深度XpX2>…Xi^-Xn*所对应的一组氯离子浓度值C(Xpti),C (X2, \)，…，C (Xn, ，-C (XN, 有以下情形之一，则剔除该组数据: 任意一个氯离子浓度值为负值， 任意一个氯离子浓度值>2.0M, 该组氯离子浓度值的相关系数r的绝对值I r I〈0.75 ； b)如果\时刻的腐蚀速率CRi有以下情形之一，则剔除该数据: 腐蚀速率CRi为负值， 腐蚀速率CRi小于上一时刻的测量值CRi^CR1-0.luA/cm2 且 CRi)1.0uA/cm2 ； 步骤3)首先，根据所述步骤2)初次筛选过后的数据，对于每一时刻ti的一组氯离子浓度值C (X1, ，C (X2, ，…，C (Xn, ，…C (XN, ，利用菲克第二定律计算时刻\对应的表面氯离子浓度Cs(i)和扩散系数Di ； 然后根据下列方程，求解出每个时刻\对应的腐蚀开始时刻Tth(i):2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤3)中利用菲克第二定律计算\时刻对应的表面氯离子浓度Cs(i)和扩散系数Di的具体步骤为: 从\时刻的N个氯离子浓度值C(Xpti)Adti),…，C(Xn，ti)，…C(XN，ti)中，任意选取两处点位Xn，Xffl的的氯离子浓度值，代入菲克第二定律公式，得到如下方程组: 【文档编号】G01N17/00GK103852414SQ201410098485【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日 【专利技术者】叶智锐, 许跃如 申请人:东南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁腐蚀监测与寿命预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1）在桥梁混凝土桥墩中设置等距直线排列的至少三个氯离子浓度传感器，记氯离子传感器个数为N个，同时在直线两端的氯离子浓度传感器之间连线的中点处设置腐蚀速率传感器；通过氯离子浓度传感器分别采集时刻t1，t2，…ti…tS下桥梁各个点位X1、X2、…Xn…XN处的氯离子浓度，其中ti为第i个时刻，i为时刻序号，i=1,2，…，S，t1为第一个数据采集时刻，tS为进行寿命预测的时刻，即当前时刻，S为进行寿命预测的时刻序号，Xn为第n处点位，n=1,2，…，N，在ti时刻下所采集的各个点位的氯离子浓度值分别记为C(X1,ti)，C(X2,ti)，…，C(Xn,ti)，…C(XN,ti)；同时通过腐蚀速率传感器采集时刻t1，t2，…ti…tS下的腐蚀速率，分别记为CR1，CR2，…CRi…CRS；步骤2）按照如下方法分别对各时刻的氯离子浓度C(X1,ti)，C(X2,ti)，…，C(Xn,ti)，…C(XN,ti)，以及腐蚀速率CRi进行初次筛选：a）如果ti时刻深度X1、X2、…Xn…XN处所对应的一组氯离子浓度值C(X1,ti)，C(X2,ti)，…，C(Xn,ti)，…C(XN,ti)有以下情形之一，则剔除该组数据：任意一个氯离子浓度值为负值，任意一个氯离子浓度值>2.0M，该组氯离子浓度值的相关系数r的绝对值|r|<0.75；b）如果ti时刻的腐蚀速率CRi有以下情形之一，则剔除该数据：腐蚀速率CRi为负值，腐蚀速率CRi小于上一时刻ti‑1的测量值CRi‑1，CRi‑1<0.1uA/cm2且CRi>1.0uA/cm2；步骤3）首先，根据所述步骤2）初次筛选过后的数据，对于每一时刻ti的一组氯离子浓度值C(X1,ti)，C(X2,ti)，…，C(Xn,ti)，…C(XN,ti)，利用菲克第二定律计算时刻ti对应的表面氯离子浓度CS(i)和扩散系数Di；然后根据下列方程，求解出每个时刻ti对应的腐蚀开始时刻Tth(i)：Cth=C0+(CS(i)-C0)[1-erf(XN2DiTth(i))]]>其中：Cth为氯离子浓度临界值，C0为初始氯离子浓度值，erf为误差函数，Tth(i)为腐蚀开始时刻；步骤4）按照以下方法对每个时刻ti下的腐蚀开始时刻Tth(i)和经过步骤2）初次筛选的腐蚀速率CRi进行检验：如果满足Tth(i)>ti，且CRi>1，则剔除该组数据，否则进一步判断是否满足Tth(i)≤ti，且CRi<0.1，如是，则剔除该组数据，否则保留该组数据；步骤5）根据所述步骤4）中检验后的数据，按照以下方法计算每个时刻ti距离腐蚀开裂阶段开始时刻的时间，即时刻ti的腐蚀开裂预测时间Ti：如果Tth(i)>ti，则根据公式Ti=Tth(i)‑ti+Tadd计算时刻ti的腐蚀开裂预测时间Ti；否则根据公式Ti=Tadd计算时刻ti的腐蚀开裂预测时间Ti，其中Tadd为从腐蚀开始时刻到腐蚀开裂阶段开始时刻的时间；步骤6）判断当前时刻tS对应的腐蚀开裂预测时间TS是否满足TS=Tadd，如是，则当前时刻tS对应的腐蚀开裂最终预测时间T=TS；否则，利用所述步骤5）中得到的T1，T2，…Ti，…TS，根据下列两式拟合出线性回归方程Ti=bti+a的常数项a，和时间ti的系数b；其中和分别为t1，t2，…ti，…tS和T1，T,2，…，Ti，…Ts的平均值；然后根据线性回归方程Ti=bti+a，计算出当前时刻tS对应的腐蚀开裂最终预测时间T=TS=btS+a。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶智锐，许跃如，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32