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桥梁健康监测技术介绍
日期:2017-7-31 9:23:14 作者:佚名 来源:本站原创
新闻中心
  桥梁结构在长期使用的过程中,不可避免的会出现结构构件老化,并且还可能遭受各种自然或人为灾害的破坏,造成结构承载力降低,甚至失效;而且,对于大型桥梁而言,由于其使用功能的重要性,从它建成开始就应该对其是否能正常工作进行相关监测。目前国内外许多桥梁都存在不同程度的安全隐患。在国内,由于质量控制滞后于桥梁的建设速度,致使桥梁倒塌事故逐年增加。因而,桥梁结构的安全状况一直是政府有关部门和公众特别关心的热点问题。
  如果能在灾难来临之前进行预测,对桥梁的疲劳损伤进行监测,从而对桥梁的健康状况给出评估,那就会大大减少这些惨剧的发生。桥梁健康监测及诊断技术的研究与应用正是在此基础上应运而生的。
  1、旧式监测技术的缺点
  
目前国内对桥梁检测都是在设计、施工完成交付使用前,或者发现桥梁结构出现特殊情况(如结构开裂、变形过大、重载或超重车辆反复过桥、环境恶劣影响等)的时候,方对桥梁进行检测评估,采用的方法一般以人工方法为主,即在梁体的受力及变形关键部位上,外贴应变片或安装变形仪。通过实测特征值与理论计算结果对比,确定桥梁强度和刚度安全储备系数,并评估桥梁现有的承载能力。这种方法局限性较大,不仅需要专门训练的有资格能力的工程师,而且所取得的检测结果仍然不能满足桥梁所有的安全需要,而且还浪费了大量的人力和物力。
  桥梁在使用过程中,荷载的变化、环境等因素随机性非常大,而且也非常复杂,所以最不利荷载的影响,并不一定与人工检测的定位定点相吻合;由于施工质量、安装等因素的影响,与原始设计参数势必存在着一定的误差;另外桥梁在运营过程中超载、震动、温度等因素的影响及桥梁自身的变形,从而在使用过程中最不利荷载对桥梁产生的效应,采用人工定时检测手段是无法测出的,也不能用简单几组检测数据建立一个由最不利荷载引起桥梁出现极大值的数学模型,分析桥梁设计、施工的整体质量和桥梁运营中的承载能力,这种桥梁状态评估方法显然具有相当程度的简单化。
  2、应用情况
  
随着光纤技术、无线传输技术的日渐成熟,桥梁健康监测技术已经从研发阶段走向应用阶段。目前,国内一些大中城市如香港、上海、杭州、南京、武汉、重庆等在一些跨江(河/海)大桥上使用了桥梁健康监测系统(见表2),对保证人民群众生命和财产安全起到了重要的作用。
表2  应用桥梁健康监测技术的部分桥梁统计表

桥梁名称

结构类型

跨度(m)

桥梁名称

结构类型

跨度(m)

香港昂船洲桥

斜拉桥

1018

重庆菜园坝大桥

钢箱系杆拱

102+420+88

香港西部通道

斜拉桥

210

钱江四桥

钢管拱桥

 

香港汀九桥

斜拉桥

127+448+475+127

卢浦桥

全钢拱桥

550

香港汲水门桥

斜拉桥

160+430+160

南宁桥

蝴蝶拱桥

300

香港青马桥

悬索桥

455+1375+300

石板坡桥

连续刚构

330

南京二桥

斜拉桥

628

江阴桥

悬索桥

1388

徐浦大桥

斜拉桥

590

虎门桥

悬索桥

888

大佛寺桥

斜拉桥

198+450+198

阳逻桥

悬索桥

1280

南京三桥

斜拉桥

257+648+257

润扬桥

斜拉桥/悬索桥

406/1490

杭州湾跨海桥

斜拉桥

448

清河桥

斜拉桥

108+66+36

芜湖桥

斜拉桥

180+312+180

 

 

 


  3、主要功能
  
桥梁监测系统是一个复杂的、庞大的、综合的技术性系统,它包括桥梁关键部位的关键参量测量、测试数据的现场采集、指令与数据的远程传输、数据储存与处理、结构安全状态的评价与预警等。通过其在桥梁运营中所获得的结构及环境信息,不仅为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导,还为桥梁的理论研究与试验、提供最真实的信息,获得的桥梁结构全面的静、动力特性,加深对桥梁在各种交通条件和自然环境下的真实行为的研究。桥梁监测技术的发展,不仅对桥梁建设、管理具有现实意义,更将可能对桥梁研究与设计、特别是将来实现桥梁“虚拟设计”具有重要的意义。
  从目前已建立的监测系统的系统构成、监测方法以及实现的功能来看,这些桥梁监测系统具有以下一些共同特点:
  (1)桥梁监测系统由硬件系统与软件系统组成,硬件系统一般由传感器系统、数据采集及传输系统、数据分析与处理系统构成,软件系统主要实现对结构状态的识别和安全性评估;
  (2)通过布设在桥梁上的传感器获取反映桥梁结构行为的记录,并且重视对桥梁环境条件如温度、风、交通荷载等的监测;
  (3)由于测试技术和通讯技术的发展,使得监测系统采集的信息更加准确与完备,并且可以实现系统的大容量和网络化共享。
  4、技术特点
  
桥梁健康监测是对桥梁安全情况进行实时监测的新技术,这种技术通过对桥梁结构进行无损检测,实时监控结构的整体行为,对结构的损伤位置和程度进行诊断,对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估,为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号,为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据和指导。
  一般大型桥梁健康监测系统对以下几方面进行监控:
  (1)桥梁结构在正常车辆荷载及风载作用下的结构响应和力学状态。
  (2)桥梁结构在突发事件(如地震、意外大风或其它严重事故等)之后的损伤情况。
  (3)桥梁结构构件的耐久性,主要是提供构件疲劳状况的真实情况。
  (4)桥梁重要非结构构件(如支座)和附属设施(如斜拉桥振动控制装置)的工作状态。
  (5)大桥所处的环境条件,如风速、温度、地面运动等。
  5、系统结构
  桥梁健康监测系统一般由数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统、报警系统、数据共享系统等几部分组成,参见图1。
 

图1  桥梁健康监测系统的结构示意图
  数据采集、传输、分析都是实时进行的,分析系统一旦监测到参数超过阈值时,将根据参数类型进行报警,可以预防灾难的发生。
  6、国内技术现状
  
根据调研,重庆理工大学胡顺仁教授领导的科研攻关团队,在“桥梁结构健康监测系统研究”领域进行了大量的开创性研究工作,先后完成了重庆渝长高速公路红槽房公路桥、重庆大佛寺长江大桥、重庆向家坡立交桥、重庆马桑溪长江大桥等不同类型的多座特大桥的结构健康监测系统研究,建成了国内首座“桥梁安全远程集群监测系统”,在大型结构健康监测研究领域奠定了坚实的理论与技术基础。

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