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桥梁健康监测系统

    国内外不断发生的桥梁坍塌事故引起了人们对桥梁工作状态的日益重视。相关专家认为桥梁使用年限到了25年以上就会进入老化期,据统计,我国桥梁总数的40 %已经属于这个范围,都属于“老龄”的桥梁。另外,随着时间的推移,其数量不断增加,桥梁管理者对桥梁的养护越来越受到重视,为了随时了解桥梁工程的状态,提前警告突发事故,保持桥梁工程的安全和社会稳定,以免杭州桥梁塌方般的悲剧再次上演,不能推迟对桥梁工程的安全监控。国内外不断发生的桥梁坍塌事故引起了人们对桥梁工作状态的日益重视。相关专家认为桥梁使用年限到了25年以上就会进入老化期,据统计,我国桥梁总数的40 %已经属于这个范围,都属于“老龄”的桥梁。另外,随着时间的推移,其数量不断增加,桥梁管理者对桥梁的养护越来越受到重视,为了随时了解桥梁工程的状态,提前警告突发事故,保持桥梁工程的安全和社会稳定,以免杭州桥梁塌方般的悲剧再次上演,不能推迟对桥梁工程的安全监控。桥梁健康监测系统可以对整个桥梁的运行情况和安全状态进行实时监控。桥梁健康监测系统可以对整个桥梁的运行情况和安全状态进行实时监控。

    变形监测从桥梁结构施工开始到使用停止结束贯通全过程,相邻2次变形监测的时间间隔为是一个监测周期。监测周期以系统能够不遗漏地反映测定的变化过程为原则,根据每单位时间的变形量的大小和施工地质条件等外部因素的影响来决定,在监视中发现变形异常的情况下应增加监视次数。

    对于特定城市桥梁,监测周期的确定应从桥梁结构的定期检测结果、外部条件和监测费用等方面统一考虑。另外,在特殊情况下,增加监视次数,适当调整监视周期。

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 二、桥梁施工安全监测解决方案

1.桥梁在线安全监测的功能

 (1) 24小时实时监测:自动化在线监测桥梁的变形、受力、环境等,实时掌握桥梁整体的施工/运行安全状态。

 (2)报告自动推送:实时发布监视结果,定期将监视报告推送给用户。

 (3)多级警报及应急预案处理数据异常时,系统启动3级警报机制,以信息、传真、广播等形式通知用户,立即采取人员干预、道路封锁等方法,消除安全隐患萌芽状态。

 (4)结构倾向分析:通过桥梁结构的定量安全评价和监视指标数据的安全度分析,实现结构稳定性倾向分析。

 (5)提供参考依据:监视数据的统计和存储,为今后的同种工程设计施工提供类比依据。

    桥梁安全监控系统包括现场传感器系统、数据采集和传输系统、监控中心数据处理和软件分析系统以及配电系统四个系统。传感器系统检测相关数据。数据收集传输系统收集由传感器检测出的相关数据并进行预处理,将预处理后的数据通过光纤调制解调器及光纤电缆传输到监视中心。监视中心设备负责存储、显示传送的数据以及确立与外部设备的通信,软件负责数据的统计、分析、警报、评价等。配电系统负责向外部场所的传感器、数据收集和传输设备、监视中心的设备供电。传感子系统通过各种类型的传感器实时监视桥梁来收集数据. 监视内容主要分为负荷和结构响应两个类别。这里,负荷包括交通负荷、风、温度、地震等。结构响应包括应变、加速度、位移等。


2.桥梁在线安全监测内容

 (1)几何形态检测及施工测量。 主要取得海拔、跨距、构造、电缆的线状、构造物的变形、位移等完成构造物的实际几何形态参数。

 (2)桥梁结构的应力应变监测; 这是桥梁施工阶段安全监测的最重要内容,包括监测混凝土应力、钢筋应力、钢结构应力,是桥梁施工过程的安全预警系统。

 (3)体积监视。大跨度桥梁采用斜拉桥和悬索桥等缆索重量结构日益普遍,斜拉桥斜索、悬索桥主缆索及绳索索索力是设计的重要参数,也是桥梁安全监测的主要监测内容。

 (4)预应力监测。 主要监视预应力筋的拉伸实际应力、预应力配管磨损引起的预应力损失以及永久预应力值。

 (5)温度监控。对于大跨度桥,特别是斜拉桥和悬索桥,温度效应十分明显,斜拉桥斜拉电缆的温度变化引起的伸缩,直接影响主梁的海拔,悬索桥主电缆的线状也随温度而变化,此时需要监视温度。

 (6)下部结构的监测。在斜拉桥和悬索桥等特大型桥梁中,由于其构筑物的基础分布集中,负荷集中度通常非常大,因此需要监测地基的内外部变形、地锚的应力以及主塔桩基的轴力等。


3.运行期间健康监测内容

 (1)负荷监视。包括风、地震、温度、交通负荷、音响负荷等。 

 (2)表面形貌监测。监视桥梁各部位的静态位置、动态位置、沉降、倾斜、线状变化、位移、龟裂、斑点、坑等。使用的传感器有位移计、倾斜角计、GPS、电子测距仪、数码相机等。

 (3)结构的强度监视。监视桥梁的应变、应力、坚固性、动力反应(频率模式)、转矩等。 使用的传感器如下:

 应变仪-记录桥梁的静动力应变、应力,连接数根据处理后得到的部件疲劳应力循环谱,记录测力传感器(力环、磁弹性计、剪切力销) -主电缆、锚杆、悬吊杆的拉伸历史,应变仪上的感应线圈通过振动弦读取器。加速度计-记录结构各部位的反应加速度,通过连接数据处理,可以得到结构的模式参数。

 (4)振动监测。 监视器构造的振动冲击机械导纳及模态参数等。

 (5)性能倾向监视。 监视构造的各种主要性能指标等。

 (6)非构成部件及辅助设施。 监视支架、振动控制设施等。

    通常,在大型桥梁结构中,以振动监视、负荷监视、强度监视、表面形态监视为主要目标,大多组合灵敏度高的特征参数和多个参数作为监视对象进行选择。完善的桥梁健康监测系统可验证桥梁设计理论、施工质量,监测结构局部和整体服役状态,监测结构损伤、抗力衰减及其演化规律,识别结构损伤及其位置。进行桥梁安全性、耐久性的评价和预测、桥梁安全事故的警告等。但是,在相当长的一段时间内,桥梁结构健康监测系统并不能取代传统的人工检查,只是协助人工检查,但对于大桥梁来说,有可靠的桥梁结构健康监测系统,可以缩小人工检查的范围,加快损伤识别速度。


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