大桥长期结构健康监测方案

桥梁健康监测意义

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。
( \5 t, K* L- {8 ^
! e/ b7 F& t" W& @) O% v9 ?1 m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。

: s% `* U% }9 T; w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。
/ ?1 ?9 I1 T% E4 k& R, ?8 v
: a6 v7 f/ Z  U9 h6 ?2 ]/ v设计原则
! Y% W, b( p' u- @% c4 p
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! J1 y- W; r2 i6 O
简洁实用，经济可靠，性能稳定；
! O" g" p( l1 k9 v
* c8 o( i8 |" j, }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；

0 {2 ~- t' [" u, {. c0 A0 C根据结构易损分析结果及养护管理需求进行监测点布设；
- c* u( r4 o0 v- i/ y3 d
6 L$ H, e, U$ h' Z! }3 x7 ~! C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。
) S( A7 |* R. p% G
传感器对比及选用
  e" l  B+ B2 G5 E
2 Y: G% M7 Z+ s& X# ^% d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。

7 {$ ?' o1 j% Y% |% X光纤光栅传感器具有独特的优点

$ J, K& D2 A# w1、 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；

2、 与光纤之间天然兼容，低损耗、光谱特性好、可靠性高；

# T& l' U; i2 P% x3、 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；
6 I- s/ E0 _, Q2 p
4、 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；
  I% G! X$ u) I
5、 高灵敏度、高分辨率。

& N$ c; K/ G2 [+ P. S6 Y/ k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。

桥梁健康监测内容及要点
- o" V* a; i: k2 \6 s& U
: |% W+ t' c! i: Z& A; o  J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。

! \1 K( l- L# y: Y6 T+ t' Q2 f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。
; d8 d% M+ c6 j8 d8 X" B9 {
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。

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。

& Q7 ]. L1 p9 r6 J0 u9 R$ p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；

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；
9 g1 |2 h6 L& i
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；
9 b; J& `% Q1 v( ], P
沉降监测：选取主桥桥墩，每个截面布置一只静力水准仪；

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。
, j0 c0 S. W! M- }) b0 C
! W# w  R1 ?2 o1 Y7 k主要设备技术要求
- D; s$ H, O0 `9 |4 n
1、 光纤光栅表面安装式应变传感器

8 _! W* ^, a3 N1 g2、 光纤光栅温度传感器
" q2 b: y9 G: U. s) h7 c5 H
3、 光纤光栅温度自补偿应变传感器
0 ?- l* h6 S" I! B5 H
4、 光纤光栅位移传感器
) h2 ]  D) z3 T# E& }' l
* U- @: x( z: W5、 光纤光栅解调仪

6、 电类传感器综合采集仪

; A* N9 }/ B: S8 ]