【摘要】當今公路建設(shè)中大型橋梁越來越常見,那么在道路建設(shè)就必須嚴格要求把關(guān)橋梁的質(zhì)量,這就有了本文討論的話題,即大型橋梁的機構(gòu)
安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計,本文從各個方面詳細的介紹了結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】大型橋梁;健康檢測;傳感器
近年來橋梁工程領(lǐng)域的成就不僅體現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展上,而是反映出了橋梁設(shè)計者對橋梁結(jié)構(gòu)實施智能控制和智能監(jiān)測的設(shè)想與努力,近20年來橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的開發(fā)推動了大跨度橋梁的發(fā)展;同時,隨著人們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的目漸關(guān)注,橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)運而生?！坝捎跇蛄罕O(jiān)測數(shù)據(jù)可以為驗證結(jié)構(gòu)分析模型、計算假定和設(shè)計方法提供反饋信息,并可用于深入研究大跨度橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境中的未知或不確定性問題,因此橋梁設(shè)計理論的驗證以及對橋梁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)環(huán)境未知問題的調(diào)查與研究擴充了橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵。結(jié)合近l0年來
橋梁健康監(jiān)測的研究狀況以及大跨度橋梁工程的研究與發(fā)展,探討監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)問題。
一、 橋梁健康監(jiān)測研究及應(yīng)用的現(xiàn)狀
1.1、通過布設(shè)在橋梁上的傳感器能夠測量并記錄橋梁的行為。
1.2、健康監(jiān)測系統(tǒng)除監(jiān)測橋梁狀態(tài)和力學(xué)行為以外,還重視對橋址處環(huán)境的監(jiān)測(溫度、風(fēng)、交通荷載)。
1.3、各系統(tǒng)都毫無例外的進行了橋梁動力加速度、速度的監(jiān)測。由于模態(tài)分析技術(shù)的進步,主要是環(huán)境激勵下橋梁模態(tài)識別技術(shù)的成功,使得橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)基本是基于隨機振動理論構(gòu)建的,而且,受航天、機械領(lǐng)域基于動力參數(shù)的損傷識別的成功,橋梁設(shè)計者們也熱衷于通過動力參數(shù)的監(jiān)測來達到損傷監(jiān)測、識別的目的,并且在10多年來,在研究上投入了極大的熱情。
1.4、由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是通訊技術(shù)和現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展,如光纖光柵傳感技術(shù)、GPS、現(xiàn)場總線技術(shù)和Internet“的數(shù)據(jù)通信等,使得橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)能夠獲取橋梁相對準確的信息,并且可以實現(xiàn)系統(tǒng)的大容量、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)自動采集、自動人庫,并且通過Internet可以遠程訪問這些數(shù)據(jù)。這一點,使得監(jiān)測偏遠地區(qū)的重要橋梁成為可能。
二、存在的問題及對策
這些橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)尚有諸多問題沒有得到解決,根本的障礙是橋梁健康診斷技術(shù)。目前,國內(nèi)外已經(jīng)投入使用的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)大部分僅限于數(shù)據(jù)采集、保存,而在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行科學(xué)管理、科學(xué)合理的橋梁評估指標的建立、結(jié)構(gòu)健康診斷體系的建立、應(yīng)用監(jiān)測數(shù)據(jù)對橋梁健康狀況進行評估等方面的研究和應(yīng)用明顯不足。這一問題始終得不到根本解決的原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
2.1、橋梁結(jié)構(gòu)的性能的變化對結(jié)構(gòu)指紋的變化不敏感。例如混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下產(chǎn)生裂縫,但其工作性能不一定受到影響。
2.2、橋梁的狀態(tài)評估缺乏統(tǒng)一有效的指標。目前,對大型橋梁狀態(tài)評估的研究思路仍然沿用《橋梁養(yǎng)護管理規(guī)范》中的關(guān)于中小橋梁的定級評估方法,這是一種主要圍繞橋梁的外觀狀態(tài)和正常使用性能進行的定性、粗淺的安全評價方法,對大型橋梁能否合適,值得探討。
2.3、缺乏有效的傳感器最優(yōu)布點算法。橋梁模態(tài)試驗中這一點非常關(guān)鍵,如何利用最少(現(xiàn)有、有效的)的傳感器,在含噪聲的環(huán)境中獲取全面、精確的橋梁動力參數(shù)信息是進行橋梁損傷識別的基礎(chǔ)。
2.4、大型橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的本身的復(fù)雜性,增加了系統(tǒng)評估的難度。橋梁是由多種材料、不同結(jié)構(gòu)組合而成的大型綜合系統(tǒng),系統(tǒng)中各個成分應(yīng)力狀態(tài)、易損性不一,剛度、動力特性相差太大。
2.5、橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和周圍環(huán)境的不確定性因素很難考慮,這給橋梁健康診斷帶來困難。
三、
橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)注和完善
3.1、建立科學(xué)合理的橋梁健康診斷和狀態(tài)評估系統(tǒng)是健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心。目前的系統(tǒng)基本上都沒有做到這一點。
3.2、重點開展對結(jié)構(gòu)損傷機理的深入研究,應(yīng)尋求適合橋梁結(jié)構(gòu)特點的損傷識別方法。
3.3、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)和橋梁例行的養(yǎng)護、管理、檢測有機結(jié)合起來。
3.4、在監(jiān)測手段上,要有所突破。這主要依賴傳感器技術(shù)的發(fā)展。用于橋梁健康監(jiān)測的傳感器不僅要求本身的測試精度要高,還要求傳感器的穩(wěn)定性、耐久性要高。還要有良好的兼容性,以滿足整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信的要求。
3.5、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)終端控制平臺的設(shè)計要形象、簡單,便于橋梁管理者們使用,系統(tǒng)地界面要形象地反映橋梁的工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)等。
四、概念設(shè)計理論框架
在進行系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計及實施之前,需要從一個與結(jié)構(gòu)設(shè)計完全不同的力學(xué)分析角度,對橋梁在未來的漫長服役期內(nèi)的行為演變、特性演變、損傷發(fā)生及演變作出預(yù)測,通過預(yù)測可獲知以下信息:
4.1、結(jié)構(gòu)中最易于被傳感器測量的部位和物理量類型和其大致數(shù)值變化范圍,這有助于對監(jiān)測內(nèi)容和部位的選擇,以及傳感器的選擇。
4.2、結(jié)構(gòu)中哪些物理量或者依據(jù)其進行的二次加工量可以被用作結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測的指標。通過對這些指標的當前值和其發(fā)展規(guī)律的掌握,可以高效地反映結(jié)構(gòu)性能演變、局部損傷發(fā)生及演變的信息。通過這些信息,可以建立起用于結(jié)構(gòu)評估的預(yù)警的指標體系。
4.3、結(jié)構(gòu)中這些經(jīng)過選擇的指標在整個生命周期內(nèi),在各種環(huán)境和荷載下的取值范圍和長期發(fā)展趨勢。通過這些信息,可以對建立起評估指標體系相對應(yīng)的指標閥值體系,可以通過將指標體系的當前值與其閥值相比較而作出對結(jié)構(gòu)當前狀態(tài)的評估和安全預(yù)警;同時,通過將計算得到的指標趨勢與監(jiān)測得到指標趨勢相比較,可以得出對結(jié)構(gòu)性能長期演變的基本判斷。
結(jié)束語
如同醫(yī)生在開始就醫(yī)前必須經(jīng)過大量的對人體生理病理的學(xué)習(xí)和理解一樣,在著手設(shè)計橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)之前,有必要對橋梁結(jié)構(gòu)的行為、特性和“病理”進行一番深入的理解診斷。才能創(chuàng)新出橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計研究成果。
參考文獻
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作者簡介:于江波,男(1962.11-),漢族,山東
