基于MATLAB GUI技术的公路桥梁检测评价系统研发与应用

付强

摘 要： 为缩短桥梁检测评定时间、减少检测相关成本，从实际工程应用出发，基于MATLAB GUI（图形用户界面，Graphical User Interface，简称GUI）技术研发了公路桥梁技术状况快速评价系统，该系统涵盖了桥梁构件病害扣分、构件类型设置、权重值分配、缺项构件重新分配、技术状况最终得分等内容，检测技术人员能够通过该系统实现对一般公路桥梁运营状况的快速评估，系统生成的评估报告可供相关从业者参考。

关键词： 公路桥梁 MATLAB GUI 快速评价 评估报告

中图分类号： TU753文献标识码： A文章编号： 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

当前我国不少桥梁由于缺乏养护与维修，以及养护方法不当，出现了各种损伤，存在较大的安全隐患，桥梁承载能力逐渐下降，有些甚至出现了严重的垮塌事故，给人民生命财产安全造成了极大的损失。为防范重大风险，避免桥梁垮塌事故的发生，应及时对桥梁进行养护与评估工作，查明桥梁的缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势。当前，如何准确快速定期评估现有桥梁的技术状况、确保桥梁运营安全成为了亟待解决的问题。然而，传统的桥梁检测评估工作，存在工作量大、主观性强、工作效率低、难以实现全面检测、缺乏实时监测能力等弊端。因此，为缩短桥梁检测评定时间、减少检测相关成本、提升检测结果准确性，本文将研发一种基于MATLAB GUI技术的公路桥梁检测评价系统，通过图形界面和数据处理算法相结合的方式，对桥梁进行全面的检测和评价。该系统可以实现桥梁数据的采集、处理、分析和可视化展示，提供有效的决策支持和管理参考，可为相关从业者提供借鉴与指导。

1 传统公路桥梁技术状况评定工作

1.1 评定方法

公路桥梁技术状况评估工作流程如下：首先根据现场调查的缺损和病害对桥梁构件进行评估；然后根据评估结果对桥梁部件进行评价，再由部件评价结果对部位（上部结构、下部结构、桥面系）进行评价；接着综合所有部位评价结果对整座桥梁的技术状况进行评定[1]；最后，对部件、构件进行分层评定，并对比5类桥梁单项控制指标，进行总体评定。评定基本流程如图1所示。

1.2 评定计算公式

1.2.1 桥梁构件技术状况评分

（2）如果主要部件的评分处于第4类或第5类，则依此判定桥梁的技术等级。

（3）在桥梁的上、下部技术状况等级为第3类，桥面系技术状况等级为第4类的情况下，且Dr≥40，桥梁的技术状况等级评定为第3类。

（4）在进行桥梁技术状况评价时，若出现以下情况之一，整座桥梁将被评为第5类：

第一，悬索桥主缆或多根吊索严重锈蚀、断丝；第二，桥台、基础不稳定，出现滑动、位移、倾斜和下沉等；第三，扩大基础冲刷深度超过设计值，冲刷面积超过20%；第四，结构有明显永久变形，超过规范值；第五，梁式桥上部承重构件出现严重异常移位或失稳；第六，拱式桥拱脚错台严重、移位或拱圈变形严重；第七，系杆或吊杆严重锈蚀或断裂；第八，关键部位混凝土压碎或杆件有失稳倾向；第九，上部结构出现落梁或梁、板断裂等病害；第十，腹拱、侧墙、立墙或立柱破坏导致桥面严重塌落；第十一，圬工拱桥拱圈砌体大面积断裂脱落；第十二，在悬索桥和斜拉桥中，索塔的基础出现沉降或位移，或者悬索桥的锚定部分发生水平位移或沉降；第十三，梁式桥上部承重构件的控制截面出现了全面的开裂，或组合结构承重构件的结合面出现了贯通开裂；第十四，斜拉桥拉索严重锈蚀、断丝，主梁严重变形。

2 公路桥梁技术状况评价系统研发

2.1 MATLAB GUI功能介绍

MATLAB GUI为MATLAB系统中的一种图形化的软件操作界面，MATLAB GUI提供了一个直观的图形用户界面，使用户能够通过点击、拖动和键入等操作来执行各种工程相关的任务。该界面包含了多种控件元素，如按钮、文本框、滑块等，用户可以通过操作这些控件来实现与程序之间的交互[2]。除此之外，MATLAB GUI还允许用户通过菜单编辑器来创建定制的菜单栏，并为这些菜单栏编写相应的回调函数，从而执行用户定义的命令或操作。用户可通过视窗界面进行数据、文字读取或调用，也可对各种数据进行调用或存取，还可利用MATLAB与Word、Excel的交互功能实现指定格式Excel、Word文档或图形文件的生成。

2.2 系统功能设计

本系统提供对既有桥梁概况基本数据录入、桥梁缺损状况录入以及桥梁技术状况评定等三个主要功能，可实现对不同类型桥梁的基本数据、桥梁病害缺损状况视窗输入或Excel原始文本输入[3]。根据桥梁构件的损伤和材料性能的退化等情况，对桥梁的构件、部件、部位乃至整体技术状况进行评分。通过综合考虑桥梁的5个单项控制指标，最终确定桥梁的技术状况等级，并提出相应的初步养护维修措施，根据用户需要生成评估报告。其中，桥梁的基本概况、病害缺损以及材料退化等基本数据以Excel文档格式存取，评估报告以pdf格式存取，供后续养护管理检测、维修查询与对比等[4]。系统功能简介如图2所示。

2.3 系统界面设置

系统主要设置了登录界面、桥梁类型选择界面、桥梁基本概况录入界面、桥梁缺损状况录入界面、桥梁技术状况评估界面以及桥梁检测项目管理界面。登录界面设置了用户名及密码、QQ账号、微信账号等登录方式，初始用户通过以上三种方式进行注册登录后方可使用。在进行桥梁技术状况评估前，应先确定评估桥梁的结构类型，该界面提供了梁式桥、简单体系拱桥（板拱、肋拱、箱型拱桥以及双曲拱）、刚架拱桥或桁架拱桥、钢-混凝土组合拱桥、悬索桥、斜拉桥等7种类型桥梁供选择。根据桥梁类型选择，依次进入桥梁基本概况录入界面、桥梁缺损状况录入界面、桥梁技术状况评估界面[5]。

3 实体工程应用分析

3.1 工程概况

本项目依托江苏省常熟市碧溪新区一三跨13 m预制简支钢筋混凝土板梁工程，该桥梁跨越内陆无名河道，两侧各有5 m桥头搭板。桥梁基本信息录入如图3所示。

3.2 桥梁病害缺损信息录入

根据现场检测资料，选择桥梁结构评估类型，按图4界面录入桥梁病害缺损信息，且应包括桥梁结构部位、部件信息。输入相应构件名称、构件总数、构件编号，选定病害类型，输入病害数量及对应描述、病害照片，且数据需添加到病害信息汇总表后方可进行下一个病害信息录入。所有病害信息录入完毕后需立刻保存，然后进入桥梁技术状况评估环节。系统亦提供了Excel文件格式病害的批量导入，该方式可一次性导入全部病害缺损数据。

3.3 桥梁技术状况评估

将上述桥梁病害总体信息分别导入到图5中的桥面系、上部结构、下部结构技术状况评估信息中，根据病害状况确定评定标度。按前述确定的桥梁结构评估类型，检查是否存在符合5类桥梁单项评估指标选项，保存数据后即可进行桥梁的技术状况总体评估，评估结果如表1所示，最终本项目桥梁的技术状况等级评定为第2类。

4 结语

本文通过运用MATLAB软件的数据处理和图形用户界面（GUI）的可视化特性，研发了用于快速评定评估简支梁桥技术状况的程序。用户可以根据获得的结构损伤检测数据，在专门设计的“信息输入”界面上输入桥梁构件的评估指标，该指标可以是定量的数据信息，也可以是基于定性判断的等级标准。在录入完所有信息后，程序自动依次计算构件评分、部件评分、部位得分、桥梁总体得分和总体评定等级。通过该系统可以实现对一般公路桥梁的快速检测与评估，为桥梁后期养护与维修工作提供科学依据与参考。

参考文献

[1]王超.高速公路桥梁承载能力检测评定技术[J].工程质量，2023，41（6）：95-98.

[2]冯志强，杨芸，程坤.基于信息融合技术的公路桥梁检测评价方法研究[J].河南科技，2022，41（7）：95-98.

[3]王瑞，郝建伟.城市与公路桥梁技术状况评判确定方法对比分析[J].工程建设与设计，2022（23）： 125-127.

[4]王松岩，刘文杰，焦红.基于模糊层次分析法的高层建筑工程施工安全风险评价[J].建筑技术，2023，54（20）：2529-2534.

[5]乔朋，梁志强，徐凯，等.基于机器学习的中小跨径桥梁技术状况评估[J].长安大学学报（自然科学版）， 2021，41（6）：39-52.