橋梁監(jiān)測
橋梁監(jiān)測是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估,為橋梁在特殊氣候交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號,為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導。監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進行監(jiān)控:
橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài);橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如支座)和附屬設(shè)施(如振動控制元件)的工作狀態(tài);結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性;橋梁所處環(huán)境條件等。
監(jiān)測范圍
1.敏感部位監(jiān)測。一般只在橋梁內(nèi)力、應變、位移變化和裂紋產(chǎn)生對橋梁影響至關(guān)重要的(敏感)部位進行監(jiān)測。
2.總體監(jiān)測。特大橋梁構(gòu)造復雜,難以做地毯式人工監(jiān)測。鑒于特大橋梁的重要性,需要適時地得到橋梁正常工作的總體狀況。通過對可能取得的橋梁工作參數(shù),采用不同的方法進行“識別”找到橋梁異常的一個或幾個可能部位,再由配備檢測設(shè)備的專業(yè)人員到可能異常部位檢測。
監(jiān)測方式
1.人工監(jiān)測:配備簡單的儀器,用人工作地毯式監(jiān)測,用模糊分級描述橋梁狀況,一般可作為定期監(jiān)測、突發(fā)性事件后的特別監(jiān)測。
2.自動監(jiān)測:用固定在橋梁上的專用設(shè)備,適時地監(jiān)測橋梁的工作參數(shù);由專用設(shè)備和軟件對工作參數(shù)進行識別加工,得到能反映橋梁工作狀態(tài)的狀態(tài)信息;再用特定的方法分析這些狀態(tài)信息并與橋梁的健康檔案相比較,給出橋梁的健康狀況或損傷狀況。一般適用于特大的或重要的橋梁在線監(jiān)測。這種方法自動化程度高,是當前研究熱點與發(fā)展方向;但是難度大,目前使用尚少。
3.聯(lián)合監(jiān)測:考慮到前兩種方法的實際情況,用各種小型的自動化程度較高的儀器,配合人工監(jiān)測,是一個比較可行的方案。
監(jiān)測的狀態(tài)
1.靜態(tài):監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)幾何和力學參數(shù),用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。靜態(tài)監(jiān)測比較困難,一般都是加載檢測。但是靜態(tài)參數(shù)比較直觀地反映了橋梁的工作狀態(tài)。
2.動態(tài):監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的動態(tài)幾何和力學參教,用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。動態(tài)監(jiān)測適于運營監(jiān)測。
常規(guī)監(jiān)測的工作參數(shù)及橋梁監(jiān)測系統(tǒng)與手段
1.常規(guī)監(jiān)測的工作參數(shù)
(1)位移。包括絕對位移和相對位移,靜位移和動位移。
(2)變形。如靜動撓度、靜動應變等。
(3)力。如索的張拉力。
(4)動力參數(shù)。如速度、加速度,可轉(zhuǎn)換成頻率、振型,再轉(zhuǎn)換成張力、位移。
(5)外觀和完整率。如氣蝕、磨損、裂縫、剝落。
(6)物理化學現(xiàn)象。如混凝土堿集料反應、混凝土中性化(碳化、酸雨、氯蝕)、鋼材銹蝕。
(7)環(huán)境。如風速(向)、空氣(或橋體)溫度、地震、交通量(和荷載)。
2.橋梁監(jiān)測系統(tǒng)與手段
橋梁監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器(包括傾角傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、應力傳感器、拉力傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等)、信號調(diào)理模塊、傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、健康監(jiān)測模型、預警模塊等組成。橋梁健康監(jiān)測模型如圖1B413045所示。主要儀器包括位移(量程)計、傾斜儀、(高程、方位、距離)測量設(shè)備、GPS、數(shù)字成像機;位移傳感器、電阻應變儀、壓電式應變儀、振弦應變儀、分布式光纖應變計;壓力環(huán)、磁彈性張力計、油壓計、剪力銷等;速度計、伺服(或壓電)加速度計算;刻度放大鏡、數(shù)字成像機、超聲探測儀、地面雷達等;化學試劑試驗、由外觀特征判斷、鋼筋銹蝕儀;風向(速)計、空氣(或埋人式)溫度計、當?shù)氐牡卣鹩^測數(shù)據(jù)、交通量觀測儀、埋人(或移動)式稱重儀、攝像機。
首先各種傳感器采集橋梁運行過程中的各種形態(tài)變化,經(jīng)過信號調(diào)理后,通過傳輸模塊傳輸回總控監(jiān)測室,總控中心有大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)針對橋梁總體的各種信號進行采集,將采集到的信息記錄并由健康監(jiān)測模型分析,當橋梁變形超差、振動超差、位移超差、應力超差時,啟動預瞀模塊,為橋梁維護人員提供維修維護信息,避免橋梁因在非健康狀態(tài)下使用而導致垮塌等引起的財產(chǎn)損失。