(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211053057.9 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 深圳大学 地址 518060 广东省深圳市南 山区粤海街 道南海大道3 688号 (72)发明人 周英武　叶增辉　黄晓旭　邢锋　 李宗军　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 王爱涛 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E04C 3/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种钢筋混凝土结构损伤定量监测方法及 系统 (57)摘要 本发明涉及一种钢筋混凝土结构损伤定量 监测方法， 属于土木工程技术领域。 包括： 获取钢 筋混凝土梁的纵向受拉钢筋的光纤应变信号和 截面设计参数； 所述截面设计参数包括几何参数 和材料性能参数； 所述几何参数包括截面宽度、 截面高度、 截面等效高度、 保护层厚度和钢筋面 积； 所述材料性能参数包括混凝土受压峰值应 力、 混凝土初始切线模量和钢筋初始切线模量； 根据所述截面设计参数建立截面分析模 型； 所述 截面分析模 型包括混凝土损伤应力 ‑应变关系模 型和钢筋损伤应力 ‑应变关系模型； 将所述光纤 应变信号输入 所述截面分析模型， 得到各个截面 的损伤指标和弯矩 ‑曲率曲线。 本发明实现了对 损伤截面进行定量 监测。 权利要求书4页 说明书11页 附图3页 CN 115329441 A 2022.11.11 CN 115329441 A 1.一种钢筋混凝 土结构损伤定量 监测方法， 其特 征在于， 包括： 获取钢筋混凝土梁的纵向受拉钢筋的光纤应变信号和截面设计参数； 所述截面设计参 数包括几何参数和材料性能参数； 所述几何参数包括截面宽度、 截面高度、 截面等效高度、 保护层厚度和钢筋面积； 所述材料性能参数包括混凝土受压峰值应力、 混凝土初始切线模 量和钢筋初始切线模量； 根据所述截面设计参数建立截面分析模型； 所述截面分析模型包括混凝土损伤应力 ‑ 应变关系模型和钢筋损伤应力 ‑应变关系模型； 将所述光纤应变信号输入所述截面分析模型， 得到各个截面的损伤指标和弯矩 ‑曲率 曲线。 2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构损伤定量监测方法， 其特征在于， 所述将所述 光纤应变信号输入所述截面分析模型， 得到各个截面的损伤指标和弯矩 ‑曲率曲线， 具体包 括： 设t时刻第x个截面的中和轴位置为y0,x(t)； 根据所述截面设计参数、 所述光纤应变信 号和所述中和轴位置， 利用公式φx(t)＝εs,x (t)/(y0,x(t)‑d)计算t时刻第x个截面的曲率； 其中， φx(t)为t时刻第x个截面的曲率， εs,x (t)为光纤应变信号， d为截面 等效高度； 根据所述曲率计算t时刻第x个截面的混凝土纤维的应变分布和t时刻第x个截面的受 压钢筋纤维的应 变分布； 根据所述t时刻第x个截面的混凝土纤维的应变分布， 利用所述混凝土损伤应力 ‑应变 关系模型计算t时刻第x个截面的混凝 土纤维的应力分布和损伤指标； 根据t时刻第x个截面的钢筋纤维的应变分布， 利用所述钢筋损伤应力 ‑应变关系模型 计算t时刻第x个截面的钢筋纤维的应力分布和损伤指标； 所述t时刻第x个截面的钢筋纤维 的应变分布包括t时刻第x个截面的受拉钢筋纤维的应变分布和t时刻第x个截面的受压钢 筋纤维的应 变分布； 根据所述t时刻第x个截面的混凝土纤维的应力分布和损伤指标以及所述t时刻第x个 截面的钢筋纤维的应力分布和损伤指标计算轴力的合力； 判断所述轴力的合力是否为 零； 若所述轴力的合力为 零， 则计算t时刻第x个截面的损伤指标和弯 矩‑曲率曲线并输出； 若所述轴力的合力不为零， 则返回 “设t时刻第x个截面曲率中和轴位置为y0,x(t)”的步 骤。 3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土结构损伤定量监测方法， 其特征在于， 所述根据 所 述t时刻第x个截面的混凝土纤维的应力分布和损伤指标以及所述t时刻第x个截面的钢筋 纤维的应力分布和损伤指标计算轴力的合力， 具体包括： 利用公式 计算轴力的合力； 其中， ∑Nx(t)为轴力的合力， Ac,i＝(bh/n(x))为第i个混凝土纤维的面 积， b为截面宽度， h为截面高度； As为受拉钢筋纤维面积； As’为受压钢筋纤维面积； σs,x( εsc,x (t))为t时刻第x个截面的受压钢筋纤维 的应力分布； σs,x( εs,x(t))为t时刻第x个截面的受 拉钢筋纤维的应变分布； σci,x( εci,x(t))为t时刻第x个截面中第i个混凝土纤维的应力； n(x)权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115329441 A 2是第x个截面中混凝 土纤维的数量。 4.根据权利要求2所述的钢筋混凝土结构损伤定量监测方法， 其特征在于， 所述计算t 时刻第x个截面的损伤指标和弯 矩‑曲率曲线， 具体包括： 利用公式 计算t时刻第x个截面的损伤指标； 其中， Dci,x( εci,x(t))为t时刻第x个截面第i根混凝土纤维的损伤指 标、 Ds,x( εsc,x(t))为t时刻第x个截面的受压钢筋纤维的损伤指标； Ds,x( εs,x(t))为t时刻第x 个截面的受拉钢筋纤维的损伤指标， E0为混凝土初始切线模量； d ’为保护层厚度； Es为钢筋 初始切线模量； Ac,i为第i根混凝土纤维的面积； n(x)是第x个截面中混凝 土纤维的数量； 根据各混凝土 纤维的轴力与混凝土 纤维中心到中和轴y0， x(t)的距离的乘积之和、 各钢 筋纤维的轴力与钢筋纤维 中心到中和轴y0， x(t)的距离的乘积之和计算第x个截面的弯矩Mx (t)＝Mcx(t)+Msx(t) ； 其中， Mcx(t)为t时刻第x个截面混凝土纤维的弯矩， Msx(t)为t时刻第x个截面钢筋纤维的弯矩， Msx(t)＝(1 ‑Ds,x( εs,x(t)))σs,x( εs,x(t))As(d‑h+y0,x(t))+(1‑Ds,x( εsc,x(t)))σs,x( εsc,x(t)) A′s(h‑d'‑y0,x(t))； 根据所述弯 矩和所述曲率， 得到所述弯 矩‑曲率曲线。 5.一种钢筋混凝 土结构损伤定量 监测系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块， 用于获取钢筋混凝土梁的纵向受拉钢筋的光纤应变信号和截面设计参 数； 所述截面设计参数包括几何参数和材料性能参数； 所述几何参数包括截面宽度、 截面高 度、 截面等效高度、 保护层厚度和钢筋面积； 所述材料性能参数包括混凝土受压峰值应力、 混凝土初始切线模量和钢筋初始切线模量； 模型建立模块， 用于根据所述截面设计参数建立截面分析模型； 所述截面分析模型包 括混凝土损伤应力 ‑应变关系模型和钢筋损伤应力 ‑应变关系模型； 计算模块， 用于将所述光纤应变信号输入所述截面分析模型， 得到各个截面的损伤指 标和弯矩‑曲率曲线。 6.根据权利要求5所述的钢筋混凝土结构损伤定量监测系统， 其特征在于， 所述计算模权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115329441 A 3