大桥长期结构健康监测方案

桥梁健康监测意义
$ P- c, [# A& g3 Z9 j7 y/ c" P
桥梁建成以后，受气候、结构、材料、动力荷载等作用，桥梁强度及刚度等随着时间的推移而降低，桥梁健康监测对桥梁安全性评估和桥梁日常运营管理意义重大，因此，桥梁健康监测具有十分重要的作用。
9 E# d& A) b( q+ v' `; y/ g: ^
( v- H) u9 W- o( E应力混凝土大跨度连续桥梁结构简单外观漂亮，在国内应用广泛。实际运营中，病桥不断出现，对桥梁健康监测日显重要，实际运营中，预应力混凝土大跨度连续梁桥的桥梁病主要集中在主梁、桥墩的裂缝和变形等方面。主梁及桥面板在运营阶段出现最多的病害就是主梁腹板、顶板裂缝。桥墩病害主要是墩偏位和混凝土裂缝，所以，了解桥梁的极限状态、承载潜力及对桥梁的合理利用具有重大意义。

4 [8 s2 I6 B4 c+ P# z通过预应力混凝土大跨度连续梁桥的应变、压力、裂缝、加速度、温度、等数据来评估桥梁健康，及时发现并解决问题。

设计原则

监测系统集传感器技术、结构分析计算、计算机技术、网络通讯技术等高新技术于一体，长期用于结构损伤和状态评估，满足桥梁管理和运维需求，设计原则如下：

简洁实用，经济可靠，性能稳定；
& D7 C; y, l' c8 {4 F( A" b
立足实用为第一原则，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面；
/ z9 j# _5 r4 U/ v0 p4 h! X) d
根据结构易损分析结果及养护管理需求进行监测点布设；

/ U4 W$ u" [+ h监测与结构密切相关、代表性结构、必须监测结构、日常养护无法检查的位置。

& b3 h1 s3 \! {6 y2 n! d* D传感器对比及选用

8 P. H9 d/ c5 _$ N, m结构健康监测需要利用大量高性价比传感器，对结构性能实时监测，获取各种准确可靠信息，应变传感器主要使用一下三种，钢弦式应变计、电阻应变计、光纤光栅应变计，各有优劣，钢弦式应变计传输距离长、灵敏度高、蠕动小适合长期监测、长导线不影响测量结果，但是体积大、抗电磁干扰能力差；电阻式应变计体积小、灵敏度较高、动态响应好，但是传输距离小于100米、对绝缘要求高、蠕变较大需进行长导线电阻影响的修正；光纤光栅应变计体积小、蠕变较小、灵敏度高、长导线不影响测量结果、信号传输距离可达十公里、抗干扰能力强、无需绝缘要求、动态响应很好。
0 k9 P" @; W1 y. s3 w9 B
* ?7 X% y% p- J- A光纤光栅传感器具有独特的优点
) j% |6 S  f) y0 I' `
1、 传感器结构简单、体积小、外形可变，可测量结构内部应力、应变力、结构损伤；
' D& R* N0 j! s2 k0 q( X7 R0 c
# I+ b9 d7 s& r2、 与光纤之间天然兼容，低损耗、光谱特性好、可靠性高；

2 O. N( m1 b- J$ S/ C6 N* M% H3、 具有非传导性，被介质影响小，抗腐蚀抗电磁干扰，适合在恶劣环境中工作；
2 U7 b1 E& _+ n7 U
- v" h1 o( C2 K& L# l$ w3 j+ C4、 一根光纤中可写入多个光栅构成传感阵列，与波分复用和时分复用系统结合实现分布式传感；

1 d! A0 ~$ l5 N6 ?5、 高灵敏度、高分辨率。
. X) T2 E6 o. L, u
  y1 \0 b0 J. O4 |为了长期监测的需求，采用光纤光栅传感技术，遵从实用为主重点突出的原则，监测项目有：结构位移监测、温度监测（主梁、环境）、结构动力特性监测等方面；结构位移监测主要监测的物理量为主梁伸缩缝的位移、箱梁的挠度；结构动力特性监测主要涉及主梁振动。

9 @$ e$ D6 R0 \, N) d7 T桥梁健康监测内容及要点
: O, O, e( ~7 m- `) ?! I7 |* C4 t* N
0 n2 P& a7 x5 k根据现场采集情况，分为四个板块：数据采集模块、传输模块、数据存储、数据分析及显示；数据采集模块在过程现场采集到传感器波长信息，数据传输模块上传到服务器，数据存储模块分析和分类存储，最后在数据分析和显示模块进行处理，达到客户需求。

桥梁监测内容主要有风、温度、应变、加速度、挠度、索力、倾斜仪、梁段位移、裂缝。以上监测内容除挠度和振动外，均采用光纤光栅传感器，光纤光栅传感器串联统一接入到桥梁控制中心的光纤光栅解调仪中，进行分析处理并通过Internet上传，实现远程监控。
5 x& b& q9 {- X. N7 i, N
* r' U8 s+ e& L6 @需要用到的光纤光栅传感器共有四种类型：温度传感器、应变传感器、位移传感器、带温度自补偿型应变传感器、少量电类传感器进行加速度的数据采集。
! Q9 Q$ x( p* S- _) K
对于连续桥梁，监测的重点截面为梁的底面，跨中、四分之一及四分之三截面和支点，而且需要沿梁轴向对称布设，桥墩需要承受一些弯矩，所以沿桥墩竖向布置一些传感器。

环境监测：温度、湿度、风压等；

动力响应监测：结构动力响应监测，选取主桥三跨的跨中，在断面处布置两个加速传感器；
% S9 Y9 @7 S3 a
$ f- r: N( n# G动静荷载力及结构温度的监测：应变的监测和结构温度的监测；

% o6 s/ J' ^% f挠度监测：监测由于荷载效应引起的桥面挠度变化情况，断面布置一只水准仪；

: i' c/ X6 F8 Q沉降监测：选取主桥桥墩，每个截面布置一只静力水准仪；
! n+ x1 N9 ~* p4 {2 b
1 E: D' Z' a9 O/ {1 [- N2 I桥面位移监测：桥面位移监测，每个断面设置两只位移传感器；

超载监测：在桥两端设置动态地磅，实时监测车辆超载情况。
( o+ o) z% n1 Q
( f( q; x5 m6 B8 l主要设备技术要求

1、 光纤光栅表面安装式应变传感器
* r8 B: w9 u. D# x! W' t
2、 光纤光栅温度传感器

* c/ ~) `1 l7 i! X1 |8 M" W3、 光纤光栅温度自补偿应变传感器
0 M$ T& ]' F+ s$ _
# ?+ a& S+ B- P5 _$ }4 y3 n4、 光纤光栅位移传感器
1 l  e9 m7 M* S# z4 B. D( N( R: u
7 N9 d% Z$ Y! K5、 光纤光栅解调仪

6、 电类传感器综合采集仪