利用BIM本体技术分析桥梁裂缝的研究

发布时间：2020-06-19 13:20

【摘要】：裂缝作为桥梁混凝土构件的常见病害,一直是土木工程领域的重点关注问题。收集、整理、分析裂缝的类型、成因和主要特性是裂缝研究工作的主要内容。然而裂缝检验工作往往包含大量繁复的工程数据,如何对这些数据进行快速比对分析和有效管理以得到高效精确的检测结果是工程领域亟待解决的问题。而BIM技术强大的信息管理能力为这一问题的解决提供了新的思路。本文首先通过对相关文献的梳理,筛选了可能对构件开裂造成影响的指标和可能对结构稳定性造成影响的裂缝指标。然后对不同的混凝土构件上可能出现的裂缝的位置、种类、原因等信息以及裂缝检测中需要重点控制的指标进行了细致的归类,并记录于将要构建的BIM本体(Ontology)当中。搭建以裂缝分析为研究领域的本体,首先对桥梁的构件、裂缝及危害进行类(Class)的划分。随后建立适当的对象性质(Object Property)以描述类之间的关系,结合筛选出的裂缝及构件的属性建立用于描述实例(Individual)的数据性质(Data Property)。为了方便存储在本体内信息的查询、提取、推导,本文使用SWRL语言为本体编制了一些规则(Rules),使其可根据规则对本体存储的信息和数据进行检索,并依据本体中存储的知识(Knowledge)进行合理的推理(Reasoning)和预判。在裂缝分析本体建成之后,本文以实际实验为案例,详细地展示了裂缝数据采集的手段,利用裂缝分析本体有效管理裂缝及构件的相关知识,以及对本体存储的知识进一步推理的完整过程。本文首次将BIM本体技术应用于桥梁混凝土构件的裂缝相关知识和信息的管理当中。通过构建高效的知识管理本体,显著提升了裂缝相关信息的处理效率和信息的复用率,对于减少裂缝检测领域的重复工作、提升工作效率具有重大意义。同时还可对存储于本体中的裂缝知识进行推理,以实现基于知识管理的逻辑推导,从而对产生的裂缝构件提出处理措施和对可能产生的裂缝做出预判。本文是土木领域信息管理数字化的一次初步尝试,为日后土木工程领域基于大数据和云计算的全面信息化、自动化打下基础。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U445.71
【图文】：

三元组,元素,本体,性质

(2)性质（Property）：是指两个实例之间的二元交互关系。这些关系既可以是单向的，也可以是可传递的或双向的。(3)类（Class）：个在本体中具有相似特性和层级的实例的合集。定义每个类的成员的规则往往需要使用数学方法等方式进行正式的描述。表 2.3 展示了 Gruber 和 Horridge 的不同的本体构成元素的分类的比较：可以看出，Horridge 的分类方法不仅能说明问题，同时也更加简洁明了。事实上，在绝大多数本体构建的时候，均采用类，性质以及个体三大类元素的划分基于 RDF 三元组的实例，性质以及类之间的关系的图形描述图如图 2-2 所示：表 2.3 本体构成元素的分类Gruber 的方法描述 Horridge 的方法术语个在特定的领域中具有清晰定义的词语或表述。实例定义个描述某个物体的些特征的陈述。属性个事物内在的特征。性质类个由具有相似性质的个体所组成的群体。类类层级不同的类之间形成的关系。

剪切裂缝,弯曲裂缝,裂缝

图 2-3 典型的弯曲裂缝及剪切裂缝弯曲裂缝多发生于桥梁结构结构弯矩较大的位置，多首发于弯矩最大的截面的受拉区。故而这类裂缝多集中在梁的跨中位置的底板，以及支点位置的顶板上。第种情况中，裂缝的形状上窄下宽。在第二种情况，裂缝下窄上宽。若开裂后弯矩继续增大，则不仅已开裂的裂缝会进步扩大，同时新的裂缝还会继续产生，由原裂缝向两边扩展。剪切裂缝是由剪应力造成的裂缝，般多位于支点附近且多沿斜向 25°至 45°方向开裂。随着荷载的不断增大，裂缝会不断地在构件的受压区发展，并产生许多分叉。如不及时进行修复或干预，最终裂缝可能贯通整个构件，造成较为严重的后果，甚至导致结构失稳。因此在实践中，旦在构件上发现剪切裂缝，必须引起高度重视，即使进行相应的加固，修复和补强措施。扭曲裂缝主要是由于构件在受到弯矩的作用时同时受到扭矩的作用而产生的裂缝。这类裂缝般沿 45°方向发展，并且在开裂后形成多条裂缝。混凝土开裂后极易发生混凝土剥落并贯通整个构件。之后混凝土退出工作，全部力矩由内部

【参考文献】