本技術涉及橋梁的長期性能劣化預測，尤其涉及一種數據增廣方法及其設備、存儲介質和計算機程序產品。

背景技術：

1、在氯鹽環境下，鋼筋銹蝕是導致鋼筋混凝土結構的性能劣化的一個主要原因。在混凝土的高堿性環境下鋼筋鈍化膜較為穩定。當鋼筋鈍化膜因氯離子侵蝕而遭到破壞，鋼筋就會發生腐蝕。腐蝕產物的體積膨脹會導致保護層混凝土開裂甚至剝落。結構外部的侵蝕性介質更容易到達鋼筋表面，導致腐蝕過程加速。隨著鋼筋橫截面積和混凝土與鋼筋之間粘結力的顯著下降，承載能力也隨之降低，從而導致服役性能失效和長期結構性能的劣化。

2、在結構的檢測方法中，目視檢測是評估既有鋼筋混凝土結構的劣化程度的一種低成本通用技術，已被廣泛用于針對既有橋梁制定維護養護策略中。對于腐蝕的鋼筋混凝土結構，由鋼筋腐蝕引起的混凝土表面裂縫寬度是最常用的目視檢測指標。許多研究人員試圖將鋼筋銹蝕狀態（即截面積損失）與裂縫寬度聯系起來，并提出了許多經驗模型和力學模型來描述鋼筋銹蝕程度與裂縫寬度之間的關系。一旦確定了預測鋼筋銹蝕所涉及的隨機變量，并建立了鋼筋銹蝕量與裂縫寬度之間的關系，就可以應用更新理論和非線性濾波技術來減少結構性能劣化預測的不確定性。

3、由于多種因素的共同影響下，如不同的環境暴露條件、混凝土保護層厚度以及施工質量等，鋼筋的腐蝕在空間上呈現非均勻分布的特征，同時橋梁結構表面腐蝕的裂縫寬度在空間上也同樣呈現隨機性以及非均勻分布的特征。鋼筋混凝土梁構件的結構承載能力強烈依賴于其鋼筋的局部條件。忽略鋼筋腐蝕的空間變異性將使得橋梁結構剩余使用壽命的預測過度簡化。因此，建立鋼筋腐蝕率分布-裂縫寬度分布關系（即序列到序列的映射關系）對橋梁結構的性能分析預測非常重要。然而，現有實驗室條件下獲取該種序列-序列映射關系的數據非常有限。

技術實現思路

1、本技術的主要目的是提出一種數據增廣方法及其設備、存儲介質和計算機程序產品，旨在解決現有實驗室條件下獲取該種序列-序列映射關系的數據非常有限的問題。

2、為實現上述目的，本技術提出的數據增廣方法，包括：

3、獲取鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布，根據鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布，確定鋼筋腐蝕率標準差，并通過擬合方法確定鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率之間的對數函數關系；

4、基于鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率，利用nataf變換方法對鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布進行模擬，以生成服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布，并輸入至鋼筋混凝土梁有限元模型，得到與服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布對應的裂縫寬度分布；

5、循環執行步驟獲取鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布，根據鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布，確定鋼筋腐蝕率標準差，并通過擬合的方法確定鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率之間的對數函數關系，及步驟基于鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率，利用nataf變換方法對鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布進行模擬，以生成服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布，并輸入至鋼筋混凝土梁有限元模型，得到與服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布對應的裂縫寬度分布，直至達到終止條件時，運算結束返回建立鋼筋腐蝕率空間分布與裂縫寬度分布之間的映射關系。

6、在一實施例中，所述鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率之間的對數函數關系為：

7、

8、其中，為鋼筋腐蝕率標準差，為鋼筋平均腐蝕率。

9、在一實施例中，所述基于鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率，利用nataf變換方法對鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布進行模擬，以生成服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布，并輸入至鋼筋混凝土梁有限元模型，得到與服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布對應的裂縫寬度分布的步驟具體包括：

10、基于鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率，利用nataf變換方法對鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布進行模擬，以生成服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布；

11、獲取校準系數，將服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布輸入至鋼筋腐蝕膨脹模型，計算施加在鋼筋混凝土界面的單元節點膨脹位移；

12、將施加在鋼筋混凝土界面的單元節點膨脹位移輸入至鋼筋混凝土梁有限元模型，模擬鋼筋周圍及沿鋼筋軸線方向的非均勻腐蝕，得到與服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布對應的裂縫寬度分布。

13、在一實施例中，所述鋼筋周圍的非均勻銹蝕會對周圍混凝土產生非均勻的徑向膨脹壓力，采用銹蝕分布曲線來表達每個鋼筋截面的銹蝕膨脹行為，所述銹蝕分布曲線的表達式為：

14、

15、其中，為銹蝕分布曲線對應的函數值，為鋼筋的原始半徑，為最靠近混凝土表面的最大腐蝕層厚度，為遠離混凝土表面一側的腐蝕層厚度。

16、在一實施例中，所述施加在鋼筋混凝土界面的單元節點膨脹位移的關系式為：

17、

18、其中，為施加在鋼筋混凝土界面的單元節點膨脹位移，也為最靠近混凝土表面的最大腐蝕層厚度； η為實驗測出的腐蝕率，為校準系數，r為鋼筋的原始半徑，為鋼材/混凝土界面形成的多孔區的厚度。

19、在一實施例中，所述鋼筋混凝土梁有限元模型的建立，步驟具體包括：

20、將斷裂軟化曲線輸入至混凝土模型，以模擬混凝土的拉伸行為；

21、基于混凝土的拉伸行為，建立鋼筋混凝土梁有限元模型。

22、在一實施例中，所述鋼筋沿長度方向的腐蝕率分布的獲取，步驟具體包括：

23、獲取鋼筋混凝土梁構件的設計參數，所述設計參數包括鋼筋混凝土梁構件的長度、截面尺寸、混凝土強度、混凝土保護層厚度及鋼筋直徑；

24、基于鋼筋混凝土梁的設計參數，對鋼筋混凝土梁構件進行通電加速腐蝕實驗，得到鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布。

25、此外，為實現上述目的，本技術還提出一種數據增廣設備，所述數據增廣設備包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的數據增廣程序，所述數據增廣程序配置為實現如上所述的數據增廣方法的步驟。

26、此外，為實現上述目的，本技術還提出一種存儲介質，所述存儲介質為計算機可讀存儲介質，所述存儲介質上存儲有數據增廣程序，所述數據增廣程序被執行時實現如上所述的數據增廣方法的步驟。

27、此外，為實現上述目的，本技術還提出一種計算機程序產品，所述計算機程序產品包括數據增廣程序，所述數據增廣程序被執行時實現如上所述的數據增廣方法的步驟。

28、本技術通過獲取鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布，根據鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布，確定鋼筋腐蝕率標準差，并通過擬合方法確定鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率之間的對數函數關系；基于鋼筋腐蝕率標準差與鋼筋平均腐蝕率，利用nataf變換方法對鋼筋沿長度方向的腐蝕率空間分布進行模擬，以生成服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布，并輸入至鋼筋混凝土梁有限元模型，得到與服從對數分布的鋼筋腐蝕率分布對應的裂縫寬度分布；循環執行上述步驟，直至達到終止條件時，運算結束返回建立鋼筋腐蝕率空間分布與裂縫寬度分布之間的映射關系。如此，本技術可以生成與實驗樣本具有相同特征的人工數據樣本，實現對鋼筋腐蝕率空間分布與裂縫寬度分布之間的關系數據的擴充，通過檢測鋼筋混凝土梁構件表面的裂縫寬度分布對混凝土結構內部的鋼筋腐蝕率空間分布進行預測，實現混凝土結構長期性能的概率預測，為建立基于檢測信息的腐蝕混凝土結構的性能劣化評價提供了新的數據基礎，也為濱海環境下受腐蝕影響的橋梁構件性能評估提供了數據層面的支持，對于腐蝕影響下的橋梁全壽命周期的維修養護策略的制定具有深遠的意義。