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(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號,為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控:
橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營的物理與力學(xué)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(yīng)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(jìn)行監(jiān)測。
2.總體監(jiān)測。特大橋梁構(gòu)造復(fù)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(shí)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(jìn)行“識別”找到橋梁異常的一個(gè)或幾個(gè)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(shí)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(jìn)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(dāng)前研究熱點(diǎn)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(shí)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(gè)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(xué)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(xué)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(yùn)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(yīng)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(xué)現(xiàn)象。如混凝土堿集料反應(yīng)、混凝土中性化(碳化、酸雨、氯蝕)、鋼材銹蝕。
(7)環(huán)境。如風(fēng)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(yīng)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(yù)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(jì)、傾斜儀、(高程、方位、距離)測量設(shè)備、GPS、數(shù)字成像機(jī);位移傳感器、電阻應(yīng)變儀、壓電式應(yīng)變儀、振弦應(yīng)變儀、分布式光纖應(yīng)變計(jì);壓力環(huán)、磁彈性張力計(jì)、油壓計(jì)、剪力銷等;速度計(jì)、伺服(或壓電)加速度計(jì)算;刻度放大鏡、數(shù)字成像機(jī)、超聲探測儀、地面雷達(dá)等;化學(xué)試劑試驗(yàn)、由外觀特征判斷、鋼筋銹蝕儀;風(fēng)向(速)計(jì)、空氣(或埋人式)溫度計(jì)、當(dāng)?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(jī)。
首先各種傳感器采集橋梁運(yùn)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(jìn)行采集,將采集到的信息記錄并由健康監(jiān)測模型分析,當(dāng)橋梁變形超差、振動超差、位移超差、應(yīng)力超差時(shí),啟動預(yù)瞀模塊,為橋梁維護(hù)人員提供維修維護(hù)信息,避免橋梁因在非健康狀態(tài)下使用而導(dǎo)致垮塌等引起的財(cái)產(chǎn)損失。