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桥梁健康监测为大桥实时体检的重要性
日期:2019-11-20 9:57:33 作者:佚名 来源:本站原创
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造价高昂,结构庞大的工程,如大跨桥,一旦倒塌,将长期影响大范围地区(半个省甚至几个省)的交通、经济和社会生活,因此必须不惜一切代价来保证其安全。桥梁经受日晒雨淋,承受疲劳荷载,必然会有缓慢发展的累积损伤,累积损伤发展到一定程度,就会引发安全事故。“对于一般桥梁累积损伤的监测,主要依靠一套周密的、在正常交通情况下的人工检查制度来发现并观测累积损伤的发生、发展。但对特大桥,一次全桥的详细人工检查周期太长(需要几年时间),难以跟上损伤发生、发展的速度,也就难以及时发现严重的累积损伤。在计算机技术高度发展的今天,桥梁工程领域开始考虑利用一些能够在不封桥的情况下使用的技术来观察累积损伤,于是桥梁结构健康监测系统应运而生。能够识别累积损伤的结构健康监测系统是十分昂贵的。但特大桥造价高昂,如青马大桥造价为72亿港币,虎门大桥为27亿元,江阴大桥为33.7亿元,再贵的监测系统价格也只占大桥自身造价的很小比例。因此,在特大桥上安装结构健康监测系统是有必要的。

监测系统的发展

    基于上述特点,准备建立自己的桥梁健康监测系统的公司越来越多,桥梁健康监测系统也越来越受到各个管养单位的重视,基于这种工程实际和现状,科研技术人员以及团队在2004年就开始研发桥梁健康监测系统,已满足桥梁监测的需要。负责健康监测系统项目的黄工说:“在当时,我们就系统的功能和需求访问了许多的桥梁管养单位和检测单位,做了大量深入和细致的工作,最终确定了健康监测系统的模型和功能。”基于桥梁健康监测系统的监测要求,必须要求该系统能够做到长期实时监测可能损伤结构的异常荷载,如特大风荷载、超重车等等;长期实时监测结构的过大反应(过大的位移、应变等),以便向桥梁管理部门及时报警;协助人工检查,更快地发现桥梁结构的损伤,特别是累积损伤;提供足尺试验条件以便研究和改进桥梁结构损伤识别的方法等。

    同时,桥梁结构健康监测系统的监测内容应该包括如下几个方面:以风速仪、温度计、动态地秤、强震仪等仪器监测桥梁所承受的荷载;用摄像机、阳极梯等仪器记录桥梁状态;采用位移计、倾角仪、GPS、应变仪和加速度计等传感器观测桥梁各个部位的变形和加速度等反应。

    在对上述需求和特点进行分析和设计后,团队开始了系统的设计和研发工作,在2006年底,我们完成了桥梁健康监测系统的开发工作,正式投入正常运行,目前该系统已经成功在湛江海湾大桥和南宁葫芦鼎大桥运行。当桥梁健康监测系统开发完成后,许多桥梁管养单位纷纷致电黄工咨询该系统功能,黄工表示,该系统目前已经非常成熟和稳定,可以满足任何恶劣情况下使用。鉴于目前咨询桥梁管养以及培训的单位比较多,除了通过电话联系外,可以通过公众号留言咨询。经专家讲评,在各种桥梁建设中,特大桥的造价高昂,但长久以来,对其进行监测只是依靠人工检查,周期太长,且不能及时发现桥梁的累积损伤。因此,探索和发现一种能够对特大桥进行实时监测的系统非常必要。

    目前国内外一些桥梁安放了成套传感器和记录传输、分析设备,能实时显示桥梁当前的变形、应力和模态,以便进行损伤识别,有的系统已经观测了十多年。如日本的明石海峡大桥等几座悬索桥;挪威也有5座桥梁安装了结构监测系统。香港有3座大跨桥上安装了价格昂贵的“风与结构健康监测系统”,具有初步的损伤识别能力,且该系统应用得非常成功,在7年的应用中为研究人员提供了大量的、多方面的监测报告,其成果已直接用于香港更大的两座桥梁――青龙桥和昂船洲桥的设计。

湛江海湾大桥健康监测系统的功能需求和设计

    湛江海湾大桥是一座双塔双索面混合梁斜拉桥,主跨480m,总长3981m。主桥边跨60m箱梁为混凝土箱梁,在辅助墩处与钢箱梁连接。桥塔为预应力钢筋混凝土结构,塔从承台顶高155.1m、从桥面高113.8m。桥塔是圆弧曲线的A型桥塔。湛江麻斜海湾位于广东省西部和雷州半岛东北部,面向南海。夏秋两季经常有热带风暴登陆。最大风速超过36m/s。台风出现在5~11月,尤其是7~9月。根据过去的记录,每年台风登陆几率为46%。 湛江海湾大桥位于两个横向地质断裂带中间。桥梁东南方处于南311海康断层的东北部。但最危险的地震地区主要位于桥梁的东北边和南边。大地震有可能在这些地区发生。   

   湛江海湾大桥监测系统根据系统设计方案,安装了16个EM传感器来监测斜拉索索力变化;20个温度传感器记录箱梁温度梯度;18个振弦式应力计监测主桥应力应变;2个风速仪监测风速风向;3个GPS接收器用于分析两个桥塔和主跨位移;振弦式倾斜仪用于分析扭转和变形。湛江海湾大桥实时监测系统包括实时数据采集系统和实时数据传输系统。该系统实时提供桥梁当前的健康状态,使得预测未来结构危险变化和发布警告成为可能。该系统还可以建立更详细和完备的健康分析数据库。其关键在于利用最少的传感器获得、处理和分析桥梁最关键位置的实时静动力数据。目前运行情况良好,有力的帮助桥梁养护工程师方便地进行桥梁损伤检测、分析和评估,起到了巨大和重要的作用。

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