橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)析
2015-07-02
0引言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公路交通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)設(shè)施，橋梁便是其中的重要組成部分，截至2010年底，我國(guó)公路橋梁總里程達(dá)到2100000延米，公路橋梁總數(shù)達(dá)到650000座，業(yè)已超過(guò)美國(guó)，成為世界公路橋梁第一國(guó)。但是由于橋梁結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過(guò)程中，受到偶然事故、極端荷載、交通負(fù)荷、材料退化、施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等各種因素的影響，加上經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展階段的橋梁建設(shè)質(zhì)低、集中、量大等因素，橋梁的結(jié)構(gòu)安全管理十分困難，這對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。
1橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中所面臨的問(wèn)題
橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)遇到多種多樣的問(wèn)題，若不稍加注意，就會(huì)引起巨大的損失，比如：2007年廣州九江大橋6.15船撞事故；2004年遼寧莊臺(tái)大橋因汽車超載落梁事故；2012年哈爾濱高架橋因車輛超載坍塌事故，2013年連霍高速義昌大橋因爆炸坍塌事故。以上血淋淋的事故一方面反映了橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，另一方面也揭示了橋梁的結(jié)構(gòu)安全潔廁和預(yù)警技術(shù)的必要性。現(xiàn)將橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的所面臨的問(wèn)題總結(jié)于下圖1中。
圖1橋梁運(yùn)營(yíng)中面臨的問(wèn)題
2橋梁的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)
根據(jù)相關(guān)研究可以將橋梁的損傷信息分為三大類，一是表象信息，即利用簡(jiǎn)單儀器或人工獲取的橋梁表面直觀信息；二是靜態(tài)信息，即測(cè)得的橋梁在荷載作用的下靜力響應(yīng)；三是動(dòng)態(tài)信息，即動(dòng)荷載作用下的橋梁的動(dòng)力響應(yīng)。橋梁的損傷信息眾多，如何根據(jù)眾多的監(jiān)測(cè)信息來(lái)評(píng)價(jià)橋梁的使用性能，并做出相關(guān)預(yù)警就要借助于橋梁的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的橋梁評(píng)價(jià)基本上無(wú)外乎兩種，一種是經(jīng)驗(yàn)識(shí)別和評(píng)定，另外一種是靜態(tài)識(shí)別和評(píng)定，但是作用于橋梁的荷載基本上為動(dòng)荷載，所以上述兩種評(píng)價(jià)方法顯得有些不足，于是需要在綜合以上兩種評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上添加動(dòng)態(tài)識(shí)別和評(píng)定，以下是橋梁綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖2橋梁綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)
3橋梁健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)
橋梁的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估是建立在詳細(xì)數(shù)據(jù)支持的基礎(chǔ)上的，所以需要對(duì)橋梁的健康狀況進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，目前橋梁健康監(jiān)測(cè)的主要包括橋梁的使用環(huán)境監(jiān)測(cè)、橋梁的位移監(jiān)測(cè)、橋梁的應(yīng)變監(jiān)測(cè)、橋梁的應(yīng)力監(jiān)測(cè)、橋梁的振動(dòng)監(jiān)測(cè)等，下表1是部分橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器布置實(shí)例。
表1橋梁監(jiān)測(cè)傳感器布置實(shí)例
此外，隨著相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，處上表中列出的傳感器外，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多新型的傳感器，例如：磁流體驅(qū)動(dòng)器、記憶合金、自我診斷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、磁致伸縮傳感器、壓電傳感器、智能傳感技術(shù)的光纖傳感器等。其中智能光纖傳感器能夠監(jiān)控靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)變信息、氯離子濃度、溫度、腐蝕、裂紋和脫層等。光纖傳感器分為結(jié)構(gòu)型傳感光纖傳感器和物性型傳感光纖傳感器兩種，目前市場(chǎng)上最常用的光纖光柵屬于后一種傳感器，它能夠?qū)铀氨鶋K對(duì)橋墩的沖擊、交通荷載引起的應(yīng)力振動(dòng)、溫度引起的應(yīng)力及振動(dòng)、監(jiān)測(cè)風(fēng)載引起的橋梁振動(dòng)、各種索拉力、結(jié)構(gòu)截面的應(yīng)力分布、溫度、結(jié)構(gòu)縱向橫向豎向位移等。
總之橋梁的健康監(jiān)測(cè)離不開(kāi)傳感器，除傳統(tǒng)的傳感器外，新興的傳感器在未來(lái)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)才集中有著不可忽視的作用。
