基于MATLAB GUI技術(shù)的公路橋梁檢測評價系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

付強

摘 要： 為縮短橋梁檢測評定時間、減少檢測相關(guān)成本，從實際工程應(yīng)用出發(fā)，基于MATLAB GUI（圖形用戶界面，Graphical User Interface，簡稱GUI）技術(shù)研發(fā)了公路橋梁技術(shù)狀況快速評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋了橋梁構(gòu)件病害扣分、構(gòu)件類型設(shè)置、權(quán)重值分配、缺項構(gòu)件重新分配、技術(shù)狀況最終得分等內(nèi)容，檢測技術(shù)人員能夠通過該系統(tǒng)實現(xiàn)對一般公路橋梁運營狀況的快速評估，系統(tǒng)生成的評估報告可供相關(guān)從業(yè)者參考。

關(guān)鍵詞： 公路橋梁 MATLAB GUI 快速評價 評估報告

中圖分類號： TU753文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）03-0058-04

Development and Application of a Highway Bridge Inspection and Evaluation System Based on MATLAB GUI Technology

FU Qiang

Suzhou Kelian Construction Engineering Quality Inspection Co.， Ltd.， Suzhou， Jiangsu Province， 215011 China

Abstract： In order to shorten the time of bridge inspection and evaluation and reduce the related cost of inspection， this article starts from practical engineering applications and develops a rapid evaluation system for the technical condition of highway bridges based on Matlab GUI （graphical user interface） technology. The system covers the deduction of component diseases， the setting of component types， the allocation of weight values， the reassignment of missing components and the final score of technical conditions of bridges and other content. Testing technicians can quickly evaluate the general operation status of highway bridges through this system， and the evaluation report generated by the system can be used as a reference for relevant practitioners.

Key Words： Highway bridge； MATLAB GUI； Quick evaluation； Assessment report

當前我國不少橋梁由于缺乏養(yǎng)護與維修，以及養(yǎng)護方法不當，出現(xiàn)了各種損傷，存在較大的安全隱患，橋梁承載能力逐漸下降，有些甚至出現(xiàn)了嚴重的垮塌事故，給人民生命財產(chǎn)安全造成了極大的損失。為防范重大風險，避免橋梁垮塌事故的發(fā)生，應(yīng)及時對橋梁進行養(yǎng)護與評估工作，查明橋梁的缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴重程度及發(fā)展趨勢。當前，如何準確快速定期評估現(xiàn)有橋梁的技術(shù)狀況、確保橋梁運營安全成為了亟待解決的問題。然而，傳統(tǒng)的橋梁檢測評估工作，存在工作量大、主觀性強、工作效率低、難以實現(xiàn)全面檢測、缺乏實時監(jiān)測能力等弊端。因此，為縮短橋梁檢測評定時間、減少檢測相關(guān)成本、提升檢測結(jié)果準確性，本文將研發(fā)一種基于MATLAB GUI技術(shù)的公路橋梁檢測評價系統(tǒng)，通過圖形界面和數(shù)據(jù)處理算法相結(jié)合的方式，對橋梁進行全面的檢測和評價。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)橋梁數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和可視化展示，提供有效的決策支持和管理參考，可為相關(guān)從業(yè)者提供借鑒與指導(dǎo)。

1 傳統(tǒng)公路橋梁技術(shù)狀況評定工作

1.1 評定方法

公路橋梁技術(shù)狀況評估工作流程如下：首先根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的缺損和病害對橋梁構(gòu)件進行評估；然后根據(jù)評估結(jié)果對橋梁部件進行評價，再由部件評價結(jié)果對部位（上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系）進行評價；接著綜合所有部位評價結(jié)果對整座橋梁的技術(shù)狀況進行評定[1]；最后，對部件、構(gòu)件進行分層評定，并對比5類橋梁單項控制指標，進行總體評定。評定基本流程如圖1所示。

1.2 評定計算公式

1.2.1 橋梁構(gòu)件技術(shù)狀況評分

（2）如果主要部件的評分處于第4類或第5類，則依此判定橋梁的技術(shù)等級。

（3）在橋梁的上、下部技術(shù)狀況等級為第3類，橋面系技術(shù)狀況等級為第4類的情況下，且Dr≥40，橋梁的技術(shù)狀況等級評定為第3類。

（4）在進行橋梁技術(shù)狀況評價時，若出現(xiàn)以下情況之一，整座橋梁將被評為第5類：

第一，懸索橋主纜或多根吊索嚴重銹蝕、斷絲；第二，橋臺、基礎(chǔ)不穩(wěn)定，出現(xiàn)滑動、位移、傾斜和下沉等；第三，擴大基礎(chǔ)沖刷深度超過設(shè)計值，沖刷面積超過20%；第四，結(jié)構(gòu)有明顯永久變形，超過規(guī)范值；第五，梁式橋上部承重構(gòu)件出現(xiàn)嚴重異常移位或失穩(wěn)；第六，拱式橋拱腳錯臺嚴重、移位或拱圈變形嚴重；第七，系桿或吊桿嚴重銹蝕或斷裂；第八，關(guān)鍵部位混凝土壓碎或桿件有失穩(wěn)傾向；第九，上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)落梁或梁、板斷裂等病害；第十，腹拱、側(cè)墻、立墻或立柱破壞導(dǎo)致橋面嚴重塌落；第十一，圬工拱橋拱圈砌體大面積斷裂脫落；第十二，在懸索橋和斜拉橋中，索塔的基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降或位移，或者懸索橋的錨定部分發(fā)生水平位移或沉降；第十三，梁式橋上部承重構(gòu)件的控制截面出現(xiàn)了全面的開裂，或組合結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的結(jié)合面出現(xiàn)了貫通開裂；第十四，斜拉橋拉索嚴重銹蝕、斷絲，主梁嚴重變形。

2 公路橋梁技術(shù)狀況評價系統(tǒng)研發(fā)

2.1 MATLAB GUI功能介紹

MATLAB GUI為MATLAB系統(tǒng)中的一種圖形化的軟件操作界面，MATLAB GUI提供了一個直觀的圖形用戶界面，使用戶能夠通過點擊、拖動和鍵入等操作來執(zhí)行各種工程相關(guān)的任務(wù)。該界面包含了多種控件元素，如按鈕、文本框、滑塊等，用戶可以通過操作這些控件來實現(xiàn)與程序之間的交互[2]。除此之外，MATLAB GUI還允許用戶通過菜單編輯器來創(chuàng)建定制的菜單欄，并為這些菜單欄編寫相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，從而執(zhí)行用戶定義的命令或操作。用戶可通過視窗界面進行數(shù)據(jù)、文字讀取或調(diào)用，也可對各種數(shù)據(jù)進行調(diào)用或存取，還可利用MATLAB與Word、Excel的交互功能實現(xiàn)指定格式Excel、Word文檔或圖形文件的生成。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)提供對既有橋梁概況基本數(shù)據(jù)錄入、橋梁缺損狀況錄入以及橋梁技術(shù)狀況評定等三個主要功能，可實現(xiàn)對不同類型橋梁的基本數(shù)據(jù)、橋梁病害缺損狀況視窗輸入或Excel原始文本輸入[3]。根據(jù)橋梁構(gòu)件的損傷和材料性能的退化等情況，對橋梁的構(gòu)件、部件、部位乃至整體技術(shù)狀況進行評分。通過綜合考慮橋梁的5個單項控制指標，最終確定橋梁的技術(shù)狀況等級，并提出相應(yīng)的初步養(yǎng)護維修措施，根據(jù)用戶需要生成評估報告。其中，橋梁的基本概況、病害缺損以及材料退化等基本數(shù)據(jù)以Excel文檔格式存取，評估報告以pdf格式存取，供后續(xù)養(yǎng)護管理檢測、維修查詢與對比等[4]。系統(tǒng)功能簡介如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)界面設(shè)置

系統(tǒng)主要設(shè)置了登錄界面、橋梁類型選擇界面、橋梁基本概況錄入界面、橋梁缺損狀況錄入界面、橋梁技術(shù)狀況評估界面以及橋梁檢測項目管理界面。登錄界面設(shè)置了用戶名及密碼、QQ賬號、微信賬號等登錄方式，初始用戶通過以上三種方式進行注冊登錄后方可使用。在進行橋梁技術(shù)狀況評估前，應(yīng)先確定評估橋梁的結(jié)構(gòu)類型，該界面提供了梁式橋、簡單體系拱橋（板拱、肋拱、箱型拱橋以及雙曲拱）、剛架拱橋或桁架拱橋、鋼-混凝土組合拱橋、懸索橋、斜拉橋等7種類型橋梁供選擇。根據(jù)橋梁類型選擇，依次進入橋梁基本概況錄入界面、橋梁缺損狀況錄入界面、橋梁技術(shù)狀況評估界面[5]。

3 實體工程應(yīng)用分析

3.1 工程概況

本項目依托江蘇省常熟市碧溪新區(qū)一三跨13 m預(yù)制簡支鋼筋混凝土板梁工程，該橋梁跨越內(nèi)陸無名河道，兩側(cè)各有5 m橋頭搭板。橋梁基本信息錄入如圖3所示。

3.2 橋梁病害缺損信息錄入

根據(jù)現(xiàn)場檢測資料，選擇橋梁結(jié)構(gòu)評估類型，按圖4界面錄入橋梁病害缺損信息，且應(yīng)包括橋梁結(jié)構(gòu)部位、部件信息。輸入相應(yīng)構(gòu)件名稱、構(gòu)件總數(shù)、構(gòu)件編號，選定病害類型，輸入病害數(shù)量及對應(yīng)描述、病害照片，且數(shù)據(jù)需添加到病害信息匯總表后方可進行下一個病害信息錄入。所有病害信息錄入完畢后需立刻保存，然后進入橋梁技術(shù)狀況評估環(huán)節(jié)。系統(tǒng)亦提供了Excel文件格式病害的批量導(dǎo)入，該方式可一次性導(dǎo)入全部病害缺損數(shù)據(jù)。

3.3 橋梁技術(shù)狀況評估

將上述橋梁病害總體信息分別導(dǎo)入到圖5中的橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估信息中，根據(jù)病害狀況確定評定標度。按前述確定的橋梁結(jié)構(gòu)評估類型，檢查是否存在符合5類橋梁單項評估指標選項，保存數(shù)據(jù)后即可進行橋梁的技術(shù)狀況總體評估，評估結(jié)果如表1所示，最終本項目橋梁的技術(shù)狀況等級評定為第2類。

4 結(jié)語

本文通過運用MATLAB軟件的數(shù)據(jù)處理和圖形用戶界面（GUI）的可視化特性，研發(fā)了用于快速評定評估簡支梁橋技術(shù)狀況的程序。用戶可以根據(jù)獲得的結(jié)構(gòu)損傷檢測數(shù)據(jù)，在專門設(shè)計的“信息輸入”界面上輸入橋梁構(gòu)件的評估指標，該指標可以是定量的數(shù)據(jù)信息，也可以是基于定性判斷的等級標準。在錄入完所有信息后，程序自動依次計算構(gòu)件評分、部件評分、部位得分、橋梁總體得分和總體評定等級。通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對一般公路橋梁的快速檢測與評估，為橋梁后期養(yǎng)護與維修工作提供科學(xué)依據(jù)與參考。

參考文獻

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