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桥梁健康检测与安全监控
日期:2017-9-13 9:40:15 作者:佚名 来源:本站原创
新闻中心
  摘要:通过建立一个先进实用的桥梁健康与安全状况监测系统,可以随时掌握桥梁运营状况,实现大桥服务水准的安全报警,合理配置大桥养护维修资源,为降低桥梁运营维护成本提供科学的依据,保证大桥检查维修策略的制订具有针对性、及时性和高效性。
  关键词:健康监测;桥梁承载力;养护维护;累计损伤;损伤评估  摘要:通过建立一个先进实用的桥梁健康与安全状况监测系统,可以随时掌握桥梁运营状况,实现大桥服务水准的安全报警,合理配置大桥养护维修资源,为降低桥梁运营维护成本提供科学的依据,保证大桥检查维修策略的制订具有针对性、及时性和高效性。
中国论文网 http://www.xzbu.com/2/view-3859763.htm
  关键词:健康监测;桥梁承载力;养护维护;累计损伤;损伤评估;桥梁安全监测
  中图分类号:U446
  文献标识码:A
  文章编号:1009-8631(2012)05-0028-01
  1 引言
  桥梁是投资巨大使用周期长的大型基础设施,因此其使用的安全性对桥梁本身及国民经济有着举足轻重的作用。在其运营过程中,由于荷载作用、疲劳效应和材料老化等不利因素的影响,桥梁结构将不可避免地产生老化现象,损伤积累,甚至导致突发事故,为此对桥梁等大型基础设施进行健康监测,可以随时掌握桥梁的健康状态,使大桥的养护维修工作更具有理论指导性。监测资料可以提高人们对于大型复杂结构的认识,为以后的设计和建造提供更为可靠的依据。
  2 桥梁健康与安全监测的内容
  2.1健康项目需求分析
  大桥健康与安全监测系统需要考虑多种因素,全面了解桥梁的状况才能建立一套在桥梁运营期间内真正适应的系统。健康系统首先必需考虑桥梁结构形式的特点,吸取设计单位有关意见,针对不同的桥型选择不同侧重点的监控项目及研究方法:还需要从运营期养护维修的角度出发,考虑提供详细必要的数据给养护管理系统,为养护需求、养护措施采用决策提供科学的依据,确保结构安全运营的目的,真正的做到预防性的养护。
  2.2桥梁健康监测的主要内容
  桥梁的健康监测贯穿于桥梁运营寿命的全过程,桥梁健康监测的内容同时也与桥梁形式、桥梁的自身特点有关。也就是桥梁健康监测内容对于桥梁可靠度评估有一定的现实指导意义。
  1)挠度变形的监测:
  2)应力(应变)监测;
  3)动应变监测:
  4)温度监测:
  5)动态称重监测:
  6)外观监测。
  3 桥梁健康与安全监测理论
  3.1桥梁健康监测的概念
  桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状态的监控与评估,为大桥在特殊气候或桥梁运营状态严重异常时触发预警信号,为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此,监测系统对以下几个方面进行监控:①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态;②桥梁重要非结构构件(如支座)和附属设施(如振动控制元件)的工作状态;③结构构件的耐久性;④大桥所处环境条件等等。
  3.2健康监测系统的构成
  健康监测系统主要由现场自动测试系统、远程控制中心系统及分析中心系统三大部分组成,各个系统主要的功能如下:
  1)现场自动测量系统:
  2)远程控制中心系统:
  3)分析中心系统。
  具体来讲,监测系统一般有应变计、传输线、应变测试仪、数据采集器与处理系统组成。可以采用施工预埋测试应变元件和表面粘结应变测试元件作为监测点的应变监测传感器,数据采集采用网络接口和计算机相连,以实现数据的采集、处理和远程控制。
  3.3数据处理和传输系统
  该系统利用外场数据采集计算机系统对被测物理量结果进行预处理(如测量结果的修正换算、主应变计算等),并按照规定的格式整理形成数据文件,通过光纤调制解调器将经过预处理后的数据传送至监控通信收集中心。数据处理功能在结构健康和安全监测计算机系统内完成,而结构健康与安全监测计算机系统由以下部分组成:
  1)数据存储管理与查询应用系统;
  2)结构实时变形动态显示系统;
  3)服务水准安全警报系统。
  3.4结构健康与安全评估系统
  结构健康与安全评估系统主要是根据对桥梁进行综合的监测结果,分析获取桥梁结构特征参数,并进行桥梁结构特性参数与桥梁结构状态之间的精确关系或模糊关系,建立桥梁结构工作状态评定与损伤识别的知识库和机理,实现对所监测桥梁结构与安全的评估,为桥梁的养护检查或者维修加固决策实施的制订提供科学的依据。该系统应包括以下几个模块:
  1)结构几何形态参数评估模块
  2)基于结构变形的损伤识别模块
  3)基于结构内力或应力的损伤识别模块
  4)基于结构振动特性参数的损伤识别模块
  5)桥梁结构工作状态评估模块
  6)桥梁承载能力鉴定模块
  4 损伤评估法
  4.1局部损伤评估法
  通过桥梁线性、沉降、整体动力特性等参数的观测,与初始状态进行对比、并分析其发展趋势,可以从整体上评价桥梁的健康状态,但难以了解部局的情况。因此在桥梁的关键部位以及监测人员难以达到的地方布设测点进行监测,并通过局部损伤的评估方法进行研究。
  4.2积累损伤与剩余疲劳寿命评估方法
  通过对桥梁关键部位进行长期应力/应变的监测,在长期监测的基础之上可以得到详细的疲劳数据,从而可以进行有效的累计损伤和剩余寿命的评估。
  5 总结
   桥梁结构健康监测是运用了现代化传感技术与通讯技术,实时监测桥梁在运营阶段各种环境条件下结构的响应和行为特征,获取反映结构状态和环境因数的各种信息,由此分析桥梁结构健康状态,并且评估结构的可靠性,为桥梁的管理和维修决策提供科学依据。与此同时,桥梁结构健康监测对于验证与改进结构设计理论与方法、开发与实现各种结构控制技术及深入研究大型桥梁结构的未知问题具有重要意义。

  中图分类号:U446
  文献标识码:A
  文章编号:1009-8631(2012)05-0028-01
  1 引言
  桥梁是投资巨大使用周期长的大型基础设施,因此其使用的安全性对桥梁本身及国民经济有着举足轻重的作用。在其运营过程中,由于荷载作用、疲劳效应和材料老化等不利因素的影响,桥梁结构将不可避免地产生老化现象,损伤积累,甚至导致突发事故,为此对桥梁等大型基础设施进行健康监测,可以随时掌握桥梁的健康状态,使大桥的养护维修工作更具有理论指导性。监测资料可以提高人们对于大型复杂结构的认识,为以后的设计和建造提供更为可靠的依据。
  2 桥梁健康与安全监测的内容
  2.1健康项目需求分析
  大桥健康与安全监测系统需要考虑多种因素,全面了解桥梁的状况才能建立一套在桥梁运营期间内真正适应的系统。健康系统首先必需考虑桥梁结构形式的特点,吸取设计单位有关意见,针对不同的桥型选择不同侧重点的监控项目及研究方法:还需要从运营期养护维修的角度出发,考虑提供详细必要的数据给养护管理系统,为养护需求、养护措施采用决策提供科学的依据,确保结构安全运营的目的,真正的做到预防性的养护。
  2.2桥梁健康监测的主要内容
  桥梁的健康监测贯穿于桥梁运营寿命的全过程,桥梁健康监测的内容同时也与桥梁形式、桥梁的自身特点有关。也就是桥梁健康监测内容对于桥梁可靠度评估有一定的现实指导意义。
  1)挠度变形的监测:
  2)应力(应变)监测;
  3)动应变监测:
  4)温度监测:
  5)动态称重监测:
  6)外观监测。
  3 桥梁健康与安全监测理论
  3.1桥梁健康监测的概念
  桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状态的监控与评估,为大桥在特殊气候或桥梁运营状态严重异常时触发预警信号,为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此,监测系统对以下几个方面进行监控:①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态;②桥梁重要非结构构件(如支座)和附属设施(如振动控制元件)的工作状态;③结构构件的耐久性;④大桥所处环境条件等等。
  3.2健康监测系统的构成
  健康监测系统主要由现场自动测试系统、远程控制中心系统及分析中心系统三大部分组成,各个系统主要的功能如下:
  1)现场自动测量系统:
  2)远程控制中心系统:
  3)分析中心系统。
  具体来讲,监测系统一般有应变计、传输线、应变测试仪、数据采集器与处理系统组成。可以采用施工预埋测试应变元件和表面粘结应变测试元件作为监测点的应变监测传感器,数据采集采用网络接口和计算机相连,以实现数据的采集、处理和远程控制。
  3.3数据处理和传输系统
  该系统利用外场数据采集计算机系统对被测物理量结果进行预处理(如测量结果的修正换算、主应变计算等),并按照规定的格式整理形成数据文件,通过光纤调制解调器将经过预处理后的数据传送至监控通信收集中心。数据处理功能在结构健康和安全监测计算机系统内完成,而结构健康与安全监测计算机系统由以下部分组成:
  1)数据存储管理与查询应用系统;
  2)结构实时变形动态显示系统;
  3)服务水准安全警报系统。
  3.4结构健康与安全评估系统
  结构健康与安全评估系统主要是根据对桥梁进行综合的监测结果,分析获取桥梁结构特征参数,并进行桥梁结构特性参数与桥梁结构状态之间的精确关系或模糊关系,建立桥梁结构工作状态评定与损伤识别的知识库和机理,实现对所监测桥梁结构与安全的评估,为桥梁的养护检查或者维修加固决策实施的制订提供科学的依据。该系统应包括以下几个模块:
  1)结构几何形态参数评估模块
  2)基于结构变形的损伤识别模块
  3)基于结构内力或应力的损伤识别模块
  4)基于结构振动特性参数的损伤识别模块
  5)桥梁结构工作状态评估模块
  6)桥梁承载能力鉴定模块
  4 损伤评估法
  4.1局部损伤评估法
  通过桥梁线性、沉降、整体动力特性等参数的观测,与初始状态进行对比、并分析其发展趋势,可以从整体上评价桥梁的健康状态,但难以了解部局的情况。因此在桥梁的关键部位以及监测人员难以达到的地方布设测点进行监测,并通过局部损伤的评估方法进行研究。
  4.2积累损伤与剩余疲劳寿命评估方法
  通过对桥梁关键部位进行长期应力/应变的监测,在长期监测的基础之上可以得到详细的疲劳数据,从而可以进行有效的累计损伤和剩余寿命的评估。
  5 总结
  桥梁结构健康监测是运用了现代化传感技术与通讯技术,实时监测桥梁在运营阶段各种环境条件下结构的响应和行为特征,获取反映结构状态和环境因数的各种信息,由此分析桥梁结构健康状态,并且评估结构的可靠性,为桥梁的管理和维修决策提供科学依据。与此同时,桥梁结构健康监测对于验证与改进结构设计理论与方法、开发与实现各种结构控制技术及深入研究大型桥梁结构的未知问题具有重要意义。

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