桥梁健康监测意义
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! _, o9 r7 P) e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。' o& |: q: g, q
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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。% c$ b# i" [: E- H9 V" L
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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。
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设计原则: Q( i5 ?+ `; ]2 Z
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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:
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简洁实用,经济可靠,性能稳定;! y; B: G- j) y9 m- _8 {
$ [ G0 P) p$ Y. k) P" V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;
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9 }! T1 u8 {8 J$ ?根据结构易损分析结果及养护管理需求进行监测点布设;
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0 u8 t1 |, |4 r* @0 ^, O1 l% E* r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。0 j; Y6 A6 j; v" k
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传感器对比及选用: k" _! B9 t- }" Z
: D6 D* l6 c" M; }% B' C' C8 k% c7 U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。 ^+ g6 ?1 L( K. n' M8 [& ~
, ^; J- K8 d, y& @# \( n光纤光栅传感器具有独特的优点% n! g1 M, x: q1 }( R
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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;; b6 B: u. c7 ^7 i
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2、 与光纤之间天然兼容,低损耗、光谱特性好、可靠性高;
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/ o" J8 j& f m& J3、 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;7 Q0 u( S; P- p2 b' o3 i/ K8 h4 y$ |
8 U; c- _; J9 U. v2 F( o& x+ ]& M4 U: T4、 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;
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I0 K6 h" c: b% n( O$ G6 `5、 高灵敏度、高分辨率。
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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。
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桥梁健康监测内容及要点+ I, O$ D1 N0 n* t! j( K% K
5 u6 D$ Y9 A7 Q* W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。4 P& d$ `2 a7 `' l( Y# O
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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。
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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。
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9 i8 }, J2 S' s! y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。
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, c5 ?' E) z. @" w环境监测:温度、湿度、风压等;8 L1 N+ u! ~$ B" X
) k6 F) A2 ~& u7 p+ t7 P# Y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;$ r% B' z- m. S. R$ r' O, W
# z; ~! b' r+ }% m0 H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; u0 F. ^0 [$ J+ p/ K- k
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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;( P3 E2 c/ r+ |5 c' b
/ h9 \- N$ U1 {( }" \沉降监测:选取主桥桥墩,每个截面布置一只静力水准仪;
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w: p- I; B* [8 c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;
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3 Q: r. _; N4 U超载监测:在桥两端设置动态地磅,实时监测车辆超载情况。
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: p6 c, j' q. F8 f( G主要设备技术要求
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1、 光纤光栅表面安装式应变传感器
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0 u' D& c' q7 d. }& @; r# ^2、 光纤光栅温度传感器
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3、 光纤光栅温度自补偿应变传感器/ w- k7 \, u1 D- ?
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4、 光纤光栅位移传感器
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5、 光纤光栅解调仪1 p$ y5 s7 r$ t. V0 E* |) p+ z# |
6 c5 k$ [1 g* j+ }+ o. Q5 l6、 电类传感器综合采集仪
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