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。
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9 u3 D) z, F  _  e$ B& Z  t) V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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' f, S% c( o9 ]: Y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
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/ M( J, F& y( b  v2 N+ o" n# T- j4 z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：

9 i, B" U$ f" h& O! |简洁实用，经济可靠，性能稳定；

- m2 I' a$ L& h* h) X0 h4 N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；

" p' G, v" Q. a% _# l! 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；

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。

1 q# p) X4 t# W6 u2 |传感器对比及选用
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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。

: J. z- j9 V1 J; O光纤光栅传感器具有独特的优点
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8 A1 s: N$ y6 z; C4 a! |/ ^/ _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；

2、 与光纤之间天然兼容，低损耗、光谱特性好、可靠性高；

9 \5 a5 h0 l& V- K. |( I- i3、 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；

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；

5、 高灵敏度、高分辨率。

& r$ h) }- y$ ?1 Q2 l0 Z& ^1 ~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。

1 Z) H& g5 h0 m, h' M" ?桥梁健康监测内容及要点
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; U& B  ~9 a" h: ?2 I, W2 `* ?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。

8 q% i: }- e% ~; x: P1 `# `+ }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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- u/ [0 R# V  [  O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。
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) J2 D2 L* x/ w$ |+ ?: v环境监测：温度、湿度、风压等；

; s; x8 t2 ]# U! z. ~2 z0 g3 B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；
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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；
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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；

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。

主要设备技术要求

1、 光纤光栅表面安装式应变传感器
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; E% c6 N6 x& Y% g, u' _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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4、 光纤光栅位移传感器

5、 光纤光栅解调仪

6、 电类传感器综合采集仪

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