桥梁健康监测意义
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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。
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) @9 t( l6 a, ?( l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。
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) ^0 ?" e3 b" y/ V/ K. N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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+ F) q \2 t. e* S& z! k设计原则; _& |8 Z: U: O2 E1 k
3 b* u9 C! A8 `: H m" h3 x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:% v; x N3 i! i" D
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简洁实用,经济可靠,性能稳定;
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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;. c1 D6 L1 T& W5 a
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根据结构易损分析结果及养护管理需求进行监测点布设; I$ o' S9 y5 ]+ Q: r3 f
4 \' s/ g0 E; ~! x* T/ 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。6 ]8 G7 P4 k" a. |
' I/ l+ b6 N, w5 {7 p6 ~. }传感器对比及选用) A$ [. f. ]$ b
5 `1 Q; A7 {' }6 w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。
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+ B4 Q Q/ c) b0 E: U光纤光栅传感器具有独特的优点! f1 ]5 \! a! \2 P% `3 ?" l& l! @
# H- s( a1 V1 }0 O! K1、 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;
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% ~$ n2 i2 W. V2、 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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3、 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;
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) D6 k5 F3 a8 U9 Q5 U4、 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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L: k: _9 X8 |9 _0 {3 x5、 高灵敏度、高分辨率。- V: f. S# R8 o) G4 u2 U7 Q
% S3 M$ B) o5 _! C; |, }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。0 P/ x, h# a( E! x" H& K( W
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桥梁健康监测内容及要点
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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。
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' m6 _" ~1 T3 d3 h: n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。3 v/ Y7 C0 \8 ?* M7 f
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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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环境监测:温度、湿度、风压等;0 u8 a0 Z7 x3 l* R1 R0 b
4 g7 A8 I7 a& O* g$ P) E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;- `- X- ~3 S/ F: l V o3 `+ j
4 j( k' i7 F' }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;0 D: h" _5 Q/ k' G7 E6 _3 f. f
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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;
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% X; L9 k+ ~- e: x: T/ A; b沉降监测:选取主桥桥墩,每个截面布置一只静力水准仪;; e2 R* y2 z+ E4 f3 w P
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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;3 P7 d! \( j1 N! L( `0 i3 T
- `1 }# a5 O0 Z- g+ `4 y ?6 c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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5 g( `" d# n6 T2 q0 I/ t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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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
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9 |: Q/ [ E) f4、 光纤光栅位移传感器
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% B: [# K3 L1 ]! `5、 光纤光栅解调仪
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x" E1 m* P K3 Y) V R+ o6、 电类传感器综合采集仪 x) u# i+ `% ~7 R8 J
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