设计背景

随着国民经济迅速发展,对于交通运输能力的要求不断提高许多桥梁的际承载超过了设计承载能力,桥梁的老化和功能退化呈现加速趋势随着桥龄的增长气候、环境等自然因素的作用和日益增加的交通量及重车 、超重车过桥数量的不断增加 , 大型桥梁结构的安全性和使用功能也必然发生退化。为确保大跨桥梁的结构安全 、实施经济合理 的维修计划 、实现安全经济运行 , 建立大跨桥梁结构健康监测系统是非常必要的。同时 , 通过健康监测系统发现桥梁早期的病害 , 能大大节约桥梁的维修费用 , 避免出现频繁大修关闭交通所引起的重大 经济损失。

监测项目选择

结构监测系统是提供获取桥梁结构信息的工具 , 使决策者可以针对特定目标作出正确的决策。然而 , 对于一座运营的大型桥梁结构来说 , 政府 、桥 梁管理部门 、维修养护部门等关心的问题各有不同. 如政府部门关心的是桥梁是否正常通行 , 是否影响整个地区或国家经济发展 ; 桥梁管理部门主要关心的是桥梁能否正常运营以及运营的经济效益 ; 维修养护部门关心的是桥梁能否安全运营 ; 而设计与建设单位则关心的是大桥是否达到了设计目标以及一些特殊设计的工作状况如何。 因此 , 在设计大型桥梁结构监测系统时 , 首先应该综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求 , 确定系统需要获取哪些信息 ; 其次应当结合监测费用 , 从科学经济实用的角度出发 , 由大量可选监测项目中选取适当项目实施 , 达到最大费用效益比。 通过分析 , 明确哪些项目进行长期连续监测 , 哪些作为周期检测或日常检测项目 , 通过专门的检测设备获取需要的数据。

通常大跨桥梁结构健康监测系统的监测项目包括3个方面内容 , :工作环境监测 、结构状态监测和结构响应行为监测. 监测项目的选择主要从以下几个方面考虑 :

1 ) 大桥各类结构构件在结构安全中的重要性和构件的易损性。

2 ) 根据桥梁所处的地理环境和气候环境特点 , 进行风 、温度 、地脉动作用下的结构响应监测 ,以及结构基础的影响监测。

3 ) 系统监测内容中的监测参数选择 , 从结构状态评估的需要和运营养护管理需求出发 , 要为未来进行状态识别和结构安全评判做技术准备。

4) 对大跨桥梁结构的长期监测布点设置以监测桥梁结构的整体状况与观测桥梁结构响应的规性为主 , 同时考虑长期监测对局部结构病害检测的指引。

5) 对于一些重要的特殊结构设计一般都要列入监测项目。

6) 根据大桥的结构特点 、资金的投入 , 综合考虑长期监测和周期检测的项目比重。

系统功能

为达到上述目标建立“桥梁运营期结构安全监测系统”,其核心思路为:紧密结合养护,以安全评价为核心,实现“数据对桥梁安全状态进行评估,实现结构状态分级和红 线预警:根据人工监测数据的桥梁健康状况分级,根据监测系统实时数据的红线预警分析, 桥梁运营期结构安全监测系统预期功能包括:

(1)报告大桥主要构件的应力、变形等响应情况状况;

(2)报告大桥主要构件是否有较大损伤或累积破坏;

(3)实现异常状态下(包括荷载、工作环境和结构响应)的预警;

系统监测内容

桥梁健康监测系统是利用传感器技术、信号传输技术,以及网络技术和信 息收集解算技术。从宏观、微观相结合的全方位角度,来监测影响高铁路基沉 降安全的关键技术指标,记录历史、现有的数据,分析未来的走势,以便辅助 监测运营单位决策,提升安全保障水平,有效防范和遏制重特大事故发生。

桥梁运营期结构安全监测系统主要监测内容包括:

钢箱拱监测

桥面监测

吊杆索力

系杆力监测

监测系统测点布置图如下

钢箱拱监测设计

钢箱拱监测主要包括应变监测,裂缝监测,温度监测和空气湿度监测。

为监测钢箱拱在荷载下的变形,在主跨跨中、主跨 1/4 跨、支座截面、牛腿位置等应 力较大处共安装 44 个光栅光纤应变传感器。另外,在相应截面布设了 22 个光栅光纤温度传感器,以监测温度和为应变传感器作温度补偿。

 为监测混凝土拱肋的裂缝和温度,在易出现裂缝的位置共布设了 64 个长标距光纤光栅 应变传感器和 32 个光纤光栅温度传感器。

为监测钢箱拱内空气的湿度,在主跨跨中、支座 跨跨中等位置共安装了 18 个空气湿度传感器。

钢箱拱监测测点布置图如下;

桥面监测系统设计

桥面监测包括桥面振动监测和环境状况监测。

在桥面的主跨跨中截面、1/4 截面各布置 2 个加速度传感器,测量桥面的振动特性。

为监测桥址处环境状况,在跨中截面附近布设风速仪一台。

吊杆索力监测设计 

吊杆作为重要的传力构件,将纵横梁等永久作用和汽车等可变作用传递到拱肋上,监 测吊杆的受力状况对于判断拱桥是否处于正常工作状态至关重要。吊杆索力监测一般采用 频率法测得。 本桥从主跨两端起第二、第三根吊杆相比其他吊杆更容易损坏,因此在这几根吊杆中 间布置加速度传感器,监测吊杆的振动频率,进一步分析得到吊杆的索力。

吊杆索力监测布置图如下;

系杆力监测设计

该桥的水平推力主要是由布置在桥面的系杆来平衡,本桥两侧各设置 6 根系杆,在每 根系杆的锚固端各布设一个光纤光栅应变传感器,监测系杆应变,通过换算得到系杆力。 为抵消环境温度变化的影响,适当布置了 8 个光纤光栅温度传感器。

系杆力监测布置图如下;

系统组成

系统由传感器、数据采集装置、无线信号传输装置、中心信号接收及处理装置、机房及计算机软件系统、组成。

系统建立开放的数据接口,通过专线或网络或带宽允许的情况下走公用互联网,接入或远程查看支持远程专家会诊。


地铁变形监测预警系统
边坡安全监测预警系统

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桥梁健康监测预警系统