橋梁建成以后,由于受氣候、環(huán)境因素的影響,結(jié)構(gòu)材料會(huì)被腐蝕和逐漸老化,長(zhǎng)期的靜、動(dòng)力荷載作用,使其強(qiáng)度和剛度隨著時(shí)間的增加而降低。這不僅會(huì)影響行車安全,更會(huì)使橋梁的使用壽命縮短。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)測(cè),并在此基礎(chǔ)上對(duì)其安全性能進(jìn)行評(píng)估是橋梁運(yùn)營(yíng)日常管理的重要內(nèi)容。橋梁健康監(jiān)測(cè)具有十分重要的作用。
一、橋梁健康監(jiān)測(cè)的概念
橋梁健康監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)涵即是通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估,為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào),為橋梁維護(hù)維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。
二、橋梁健康監(jiān)測(cè)的內(nèi)容
1、施工階段的健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容
大跨橋梁結(jié)構(gòu)由于在施工階段受到施工荷載或自然環(huán)境因素的影響而使結(jié)構(gòu)變形或受力與成橋狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求不符,因此為確保施工中橋梁結(jié)構(gòu)的安全和保證結(jié)構(gòu)物的外形和內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求,需在施工中對(duì)其進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。其監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有:
(1) 幾何形態(tài)檢測(cè)。主要是獲取已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)實(shí)際幾何形態(tài)參數(shù),如高程、跨度、結(jié)構(gòu)或纜索的線形、構(gòu)造物的變形和位移等。
(2) 橋梁結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)。這是橋梁施工階段安全監(jiān)測(cè)重要的內(nèi)容,包括混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測(cè),它是橋梁施工過(guò)程的安全預(yù)警系統(tǒng)。
(3)索力監(jiān)測(cè)。大跨徑橋梁采用斜拉橋和懸索橋等纜索承重結(jié)構(gòu)越來(lái)越普遍,斜拉橋的斜拉索、懸索橋的主纜索及吊索的索力是設(shè)計(jì)的重要參數(shù),也是橋梁安全監(jiān)測(cè)的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容。
(4) 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。主要對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉真實(shí)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力管道摩阻導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失以及永久預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
(5) 溫度監(jiān)測(cè)。對(duì)大跨徑橋梁,特別是斜拉橋或懸索橋,其溫度效應(yīng)十分明顯,斜拉橋的斜拉索隨溫度變化的伸縮,將直接影響主梁的標(biāo)高;懸索橋主纜索的線形也將隨溫度而變化,此時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分必要。
(6) 下部結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)。對(duì)于斜拉橋和懸索橋等特大型橋梁,其構(gòu)筑物基礎(chǔ)分布集中,荷載集度通常非常大,因而必須對(duì)地基的內(nèi)外部變形、地錨的應(yīng)力以及主塔樁基的軸力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
2 運(yùn)營(yíng)階段的健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容及使用的傳感器
(1)荷載監(jiān)測(cè)。包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載、聲荷載等。所使用的傳感器有:風(fēng)速儀——記錄風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)程歷史,連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得到風(fēng)功率譜;溫度計(jì)——記錄溫度、溫度差時(shí)程歷史;動(dòng)態(tài)地稱——記錄交通荷載流時(shí)程歷史,連接數(shù)據(jù)處理后可得交通荷載譜;強(qiáng)震儀——記錄地震作用;攝像機(jī)——記錄車流情況和交通事故等。
(2)表面形貌監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)橋梁各部位的靜態(tài)位置、動(dòng)態(tài)位置、沉降、傾斜、線形變化、位移、裂紋、斑點(diǎn)、凹坑等。所使用的傳感器有:位移計(jì)、傾角儀、GPS、電子測(cè)距器(EDM)、數(shù)字像機(jī)等。
(3)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)橋梁的應(yīng)變、應(yīng)力、索力、動(dòng)力反應(yīng)(頻率模態(tài))、扭矩等。所使用的傳感器有:應(yīng)變儀——記錄橋梁靜動(dòng)力應(yīng)變、應(yīng)力,連接數(shù)據(jù)處理后可得構(gòu)件疲勞應(yīng)力循環(huán)譜;測(cè)力計(jì)(力環(huán)、磁彈性儀、剪力銷)——記錄主纜、錨桿、吊桿的張拉歷史;加速度計(jì)——記錄結(jié)構(gòu)各部位的反應(yīng)加速度,連接數(shù)據(jù)處理后可得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。
(4)振動(dòng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、沖擊、機(jī)械導(dǎo)納以及模態(tài)參數(shù)等。
(5)性能趨向監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的各種主要性能指標(biāo)等。
(6)非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施。監(jiān)測(cè)支座、振動(dòng)控制設(shè)施等。
對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象,由于影響其工作性能的控制因素不同,所以監(jiān)測(cè)的物理參數(shù)各不相同。同一物理參數(shù)對(duì)不同的結(jié)構(gòu)又具有不同的靈敏度,所以效果也不同。因此,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)對(duì)象的選擇是至關(guān)重要的一步。通常對(duì)于大型橋梁結(jié)構(gòu)而言,常以振動(dòng)監(jiān)測(cè)、荷載監(jiān)測(cè)、強(qiáng)度監(jiān)測(cè)和表面形貌監(jiān)測(cè)為主要目標(biāo),且通常選擇靈敏度高的特征參數(shù)或幾種參數(shù)聯(lián)合使用作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。完善的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)理論、施工質(zhì)量,監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)局部和整體服役狀態(tài)、監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)損傷、抗力衰減及其演化規(guī)律,識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷及其位置。進(jìn)行橋梁安全性、耐久性評(píng)定與預(yù)測(cè)以及橋梁安全事故預(yù)警等等。但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi),橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還不能完全取代傳統(tǒng)的人工檢查,而只是配合人工檢查,但對(duì)于大跨橋梁來(lái)說(shuō),有了可靠的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),至少可以縮小人工檢查的范圍,加快損傷識(shí)別的速度。
三 橋梁監(jiān)測(cè)方法
1 基于動(dòng)力的健康監(jiān)測(cè)方法
目前研究中的大部分橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法,集中于使用動(dòng)力響應(yīng)來(lái)檢測(cè)和定位損傷,因?yàn)檫@些方法是整體的檢測(cè)方法,可以對(duì)大型的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行快速的檢測(cè)。這些基于動(dòng)力學(xué)的方法可以分為如下四類:①空間域方法,②模態(tài)域方法,③時(shí)域方法,④頻域方法。其中空間域方法根據(jù)質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣的改變來(lái)檢測(cè)和確定損傷位置;模態(tài)域方法根據(jù)自振頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型的改變來(lái)檢測(cè)損傷;在頻域方法中,模態(tài)參數(shù)如自振頻率、阻尼比和振型等是確定的,從非線性自回歸移動(dòng)平均模型估計(jì)出光譜分析逆動(dòng)力問(wèn)題和廣義頻率響應(yīng)函數(shù)被用于非線性系統(tǒng)的識(shí)別。在時(shí)域方法中,系統(tǒng)參數(shù)通過(guò)在一定時(shí)間內(nèi)采樣的數(shù)據(jù)來(lái)確定;如果結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特性在外部荷載作用下隨時(shí)間改變,那么有必要確定由時(shí)域方法得出的系統(tǒng)動(dòng)力特性在時(shí)間上的改變。進(jìn)一步地,可以使用四種域中提出的任何動(dòng)力響應(yīng),采用與模態(tài)無(wú)關(guān)或與模態(tài)相關(guān)的方法進(jìn)行損傷檢驗(yàn)。文獻(xiàn)資料顯示:模態(tài)無(wú)關(guān)的方法可以檢測(cè)出損傷的存在而無(wú)需大量的計(jì)算,但在確定損壞位置時(shí)并不精確;另一方面,模態(tài)相關(guān)的方法比與模態(tài)無(wú)關(guān)的方法相比:通常在確定損傷位置上更加精確且只需更少的傳感器,但該方法要求有恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)模型和大量的計(jì)算。雖然時(shí)域方法使用傳統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器得到的原始時(shí)域數(shù)據(jù),這些方法要求某些結(jié)構(gòu)信息和大量的計(jì)算,且具有個(gè)案特性。此外,頻域方法和模態(tài)域方法使用轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù),但轉(zhuǎn)換存在誤差和噪音。而且,在空間域方法中,質(zhì)量和剛度矩陣的建模與修正還存在問(wèn)題且難以精確。將兩三種方法結(jié)合起來(lái)檢測(cè)和評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷具有很強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)。例如,幾位研究者將靜載測(cè)試和模型測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)評(píng)估損傷,這樣可以克服各自方法的缺點(diǎn)并相互檢查,與損傷檢測(cè)的復(fù)雜性相適應(yīng)。
2 聯(lián)合靜動(dòng)力的健康監(jiān)測(cè)方法
靜力參數(shù)(位移與應(yīng)變等)是根據(jù)靜力荷載如在橋上緩慢移動(dòng)的車輛引起的變形進(jìn)行量測(cè)。在許多情況下,施加靜力荷載比動(dòng)力荷載更為經(jīng)濟(jì),對(duì)于狀況評(píng)估,許多應(yīng)用只需要單元?jiǎng)偠取T谶@些情況下,靜力測(cè)試和分析即簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)。通常的橋梁監(jiān)測(cè)中都需要監(jiān)測(cè)靜態(tài)應(yīng)變(和動(dòng)態(tài)應(yīng)變)、靜力位移(和動(dòng)撓度)以及相應(yīng)的環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)荷載。
既然自振頻率、振型和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜力響應(yīng)都是結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù),這些參數(shù)可通過(guò)比較數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的靜動(dòng)力特性和試驗(yàn)確定的靜動(dòng)力特性值得到。損傷發(fā)展的結(jié)果之一是局部剛度的減小,從而導(dǎo)致一些響應(yīng)的改變;因此,對(duì)損傷檢測(cè)和評(píng)估,綜合結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力特性的監(jiān)測(cè)是非常必要的。根據(jù)這一思想,結(jié)合靜態(tài)應(yīng)變、靜態(tài)位移與動(dòng)力響應(yīng)(即振型或模態(tài)柔度等)來(lái)確定損傷位置和識(shí)別損傷程度,幾種算法綜合起來(lái)用于改進(jìn)參數(shù)識(shí)別的靈敏度和提高解答過(guò)程的可靠度,靜力和動(dòng)力響應(yīng)被用來(lái)校準(zhǔn)識(shí)別的置信度水平。
聯(lián)合靜動(dòng)力的損傷識(shí)別通常需要進(jìn)行有限元模型修正,因?yàn)橛邢拊P偷恼`差可能比損傷的變化要大,所以有限元模型必須先用測(cè)得的模態(tài)特性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn);只有有限元模型是可靠的,有限元方法模態(tài)修正的結(jié)果才是可靠的。其他的方法包括統(tǒng)計(jì)損傷識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法、子結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、基于小波變換的損傷識(shí)別等等,但是目前大多只停留在實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)單模型或數(shù)值模型,用于真正實(shí)橋的損傷識(shí)別和健康診斷還有很長(zhǎng)的路要走。
四、橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成
先進(jìn)的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括各類軟硬件系統(tǒng),其中各類高性能智能傳感元件、信號(hào)采集與通訊系統(tǒng)(包括無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò))、綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能處理與動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷識(shí)別、定位與模型修正系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康診斷、安全預(yù)警與可靠性預(yù)測(cè)系統(tǒng)是關(guān)鍵部分。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用一些傳感器(包括光纖傳感器、壓電傳感器、電磁伸縮材料制成的傳感器、GPS、靜力水準(zhǔn)儀,風(fēng)速風(fēng)向儀等)來(lái)讀取橋梁各部分結(jié)構(gòu)的溫度、應(yīng)變、位移、風(fēng)速、風(fēng)向、加速度、車輛載荷、吊桿/斜拉索拉力、主纜拉力等參數(shù),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綐蛄罕O(jiān)控室的數(shù)據(jù)處理設(shè)備上,由專用的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和處理方法來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分析和顯示,顯示給用戶的是一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集的各個(gè)數(shù)據(jù)。各方專家會(huì)同橋梁設(shè)計(jì)部門可以對(duì)某些數(shù)據(jù)設(shè)立警戒值,當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)超過(guò)了相應(yīng)的警戒值,系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)報(bào)警,提醒管理人員及時(shí)做出反應(yīng)。
橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成
橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部分應(yīng)用實(shí)例
序號(hào) | 橋名 | 通車時(shí)間 | 結(jié)構(gòu)類型 | 跨度(m) | 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息 | 建立健康監(jiān)測(cè)時(shí)間 | 地點(diǎn) |
1 | 汀九大橋 | 1998 | 斜拉橋 | 127+475+448+127 | 7個(gè)風(fēng)速儀,83個(gè)溫度傳感器,45個(gè)加速度計(jì),88個(gè)應(yīng)變計(jì),2個(gè)位移傳感器,6個(gè)動(dòng)態(tài)稱重儀,5個(gè)GPS,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 1998 | 香港 |
2 | 青馬大橋 | 1997 | 懸索橋 | 主跨:1377 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,動(dòng)態(tài)稱重儀,水平傳感器,攝相機(jī),在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 1997 | 香港 |
3 | 汲水門大橋 | 1997 | 斜拉橋 | 主跨:430 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,動(dòng)態(tài)稱重儀,水平傳感器,攝相機(jī),在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 1997 | 香港 |
4 | 深圳西部通道大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:210 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,動(dòng)態(tài)稱重儀,侵蝕傳感器,攝相機(jī),氣壓計(jì),濕度計(jì),雨量計(jì),在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 在建設(shè)中 | 香港 |
5 | 昂船州大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:1018 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,動(dòng)態(tài)稱重儀,EM傳感器,侵蝕傳感器,光纖傳感器,傾角儀,攝相機(jī),氣壓計(jì),濕度計(jì),雨量計(jì),在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 在建設(shè)中 | 香港 |
6 | 江陰大橋 | 1999 | 斜拉橋 | 369+1385+309 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,光纖傳感器,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 1999 | 江蘇 |
7 | 南京長(zhǎng)江大橋 | 1968 | 鋼桁橋 | 主跨:160 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,地震儀,動(dòng)態(tài)稱重儀,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | / | 江蘇 |
8 | 南京長(zhǎng)江二橋 | 2001 | 斜拉橋 | 主跨:268 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,地震儀,動(dòng)態(tài)稱重儀,磁彈性測(cè)力儀,濕度計(jì)。 | / | 江蘇 |
9 | 潤(rùn)楊南汊橋 | 2000 | 懸索橋 | 主跨:1490 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS。 | / | 江蘇 |
10 | 潤(rùn)楊北汊橋 | / | 懸索橋 | 主跨:460 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器。 | / | 江蘇 |
11 | 蘇通大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:1088 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,動(dòng)態(tài)稱重儀,侵蝕傳感器,磁彈性測(cè)力儀,光纖傳感器,傾角儀,濕度計(jì),攝相機(jī),在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 在建設(shè)中 | 江蘇 |
12 | 南京長(zhǎng)江三橋 | 2005 | 斜拉橋 | 主跨:648 | 應(yīng)變計(jì),位移傳感器,加速度計(jì),離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 2005 | 江蘇 |
13 | 銅陵長(zhǎng)江大橋 | 1995 | 斜拉橋 | 主跨:432 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,加速度計(jì),傾角儀。 | 2002 | 安徽 |
14 | 蕪湖大橋 | 2000 | 斜拉橋 | 主跨:312 |
溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器, 光纖傳感器,水平傳感器。 |
2002 | 安徽 |
15 | 虎門大橋 | 1998 | 懸索橋 | 主跨:888 | 應(yīng)變計(jì),GPS,傾角儀,水平傳感器。 | 1998 | 廣東 |
16 | 湛江海灣大橋 | 2002 | 斜拉橋 | 主跨:480 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),位移傳感器,GPS,磁彈性測(cè)力儀,傾角儀,地震儀,濕度計(jì)。 | 2004 | 廣東 |
17 | 徐浦大橋 | 1997 | 斜拉橋 | 主跨:590 | 溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),動(dòng)態(tài)稱重儀,水平傳感器。 | 1999 | 上海 |
18 | 盧浦大橋 | 2003 | 拱橋 | 主跨:550 | 溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),水平傳感器。 | 2003 | 上海 |
19 | 大佛寺大橋 | 2001 | 斜拉橋 | 主跨:450 |
溫度傳感器,應(yīng)變計(jì),加速度計(jì),光纖傳感器, 水平傳感器,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 |
2003 | 重慶 |
20 | 廣洋島大橋 | 在建設(shè)中 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 | 115+200+115 | FBG溫度傳感器,F(xiàn)BG應(yīng)變計(jì),智能混凝土應(yīng)變計(jì)。 | 在建設(shè)中 | 重慶 |
21 | 濱州黃河大橋 | 2005 | 斜拉橋 | 主跨:300 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,加速度計(jì),GPS,磁彈性測(cè)力儀,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 2004 | 山東 |
22 | 東營(yíng)黃河大橋 | 2005 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 |
115+210+220 +210+115 |
1300個(gè)FBG溫度傳感器和應(yīng)變計(jì),離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) | 2005 | 山東 |
23 | 茅草街大橋 | 在建設(shè)中 | 拱橋 | 主跨:368 | 風(fēng)速儀,加速度計(jì),F(xiàn)BG溫度傳感器,F(xiàn)BG應(yīng)變計(jì)。 | 在建設(shè)中 | 湖南 |
24 | 峨邊大渡河橋 | 1992 | 拱橋 | 主跨:140 | Smart FBG tied and suspender, sound emission, 離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) | 2005 | 四川 |
25 | 錢江四橋 | 2004 | 拱橋 | 主跨:580 | 磁彈性測(cè)力儀,風(fēng)速儀,溫度傳感器,加速度計(jì)。 | 2004 | 浙江 |
26 | 松花江大橋 | 2004 | 斜拉橋 | 主跨:365 | 風(fēng)速儀,加速度計(jì),GPS,F(xiàn)B-G溫度傳感器,F(xiàn)BG應(yīng)變計(jì),離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 2004 | 黑龍江 |
27 | 呼蘭河大橋 | 2000 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 | 主跨:40 | FBG溫度傳感器,F(xiàn)BG應(yīng)變計(jì),離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 2000 | 黑龍江 |
28 | 牛頭山大橋 | 2002 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 | 主跨:42 | 12個(gè)FBG溫度傳感器和應(yīng)變計(jì),離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 | 2002 | 黑龍江 |
29 | 海滄大橋 | 1999 | 懸索橋 | 主跨:648 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,位移傳感器,GPS | 1999 | 福建 |
30 | 舟山西堠門大橋 | 在建設(shè)中 | 懸索橋 | 主跨:1650 | 風(fēng)速儀,加速度計(jì),溫度傳感器,GPS,位移傳感器,F(xiàn)BG應(yīng)變傳感器,應(yīng)變計(jì),攝相機(jī),氣壓計(jì),濕度計(jì),侵蝕傳感器,雨量計(jì),地震儀,動(dòng)態(tài)稱重儀。 | 在建設(shè)中 | 浙江 |
31 | 壩陵河大橋 | 在建設(shè)中 | 懸索橋 | 主跨:1088 | 風(fēng)速儀,加速度計(jì),溫度傳感器,GPS,位移傳感器,應(yīng)變計(jì),攝相機(jī),氣壓計(jì),濕度計(jì),地震儀,傾角儀,EM傳感器,動(dòng)態(tài)稱重儀。 | 在建設(shè)中 | 貴州 |
32 | 杭州灣大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:448 | 在安裝中 | 在建設(shè)中 | 浙江 |
33 | 東海大橋 | 2005 | 斜拉橋 | 主跨:420 | 風(fēng)速儀,加速度計(jì),溫度傳感器,GPS,位移傳感器,應(yīng)變計(jì),攝相機(jī),EM傳感器,侵蝕傳感器,洋流測(cè)定儀,波動(dòng)測(cè)定儀,水壓測(cè)定儀。 | 2005 | 上海 |
34 | 馬桑溪長(zhǎng)江大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:500 | 光纖傳感器,溫度、濕度、加速度計(jì),圖像感知系統(tǒng) | 重慶 | |
35 | 天津永和大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:270 |
風(fēng)速儀,加速度計(jì),溫度傳感器,GPS,應(yīng)變計(jì), 攝相機(jī), EM傳感器,動(dòng)態(tài)稱重儀,水平傳感器。 |
天津 | |
36 | 八尺門大橋 | 2003 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 | 90+2×170+90 | 溫度傳感器、動(dòng)應(yīng)變傳感器,動(dòng)位移傳感器,加速度傳感器等 | 2006 | 福建 |
37 | 下白石大橋 | 2003 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 | 145+2×260+145 | 溫度傳感器、動(dòng)應(yīng)變傳感器,動(dòng)位移傳感器,加速度傳感器等 | 2006 | 福建 |
38 | 新原高速公路小溝特大橋 | 連續(xù)剛構(gòu)橋 | 55+5×100+55 | 光纖光柵應(yīng)變傳感器,溫度傳感器,動(dòng)態(tài)稱重傳感器,光電液位撓度傳感系統(tǒng),壓電式傳感器。 | 山西 | ||
39 | 鄭州黃河大橋 | 1960 | 組合結(jié)構(gòu) | 71×40.7 | 永磁傳感器,振動(dòng)傳感器,加速度傳感器,電渦流位移傳感器,溫度傳感器,雨水傳感器,水位傳感器,車號(hào)識(shí)別系統(tǒng) | 2000 | 鄭州 |
40 | 招寶山大橋 | 2001 | 斜拉橋 | 主跨:258 | 風(fēng)速儀,溫度傳感器,應(yīng)變傳感器,位移傳感器,GPS,加速度傳感器。 | 2001 | 浙江 |
41 | 青島海灣橋 | 在建設(shè)中 | 拱橋+斜拉橋+懸索橋 | 兩主跨:260 |
5個(gè)風(fēng)速儀,2個(gè)溫度傳感器,應(yīng)變傳感器,傾斜儀, 位移傳感器,13個(gè)GPS,150個(gè)加速度傳感器。 |
山東 | |
42 | 上海長(zhǎng)江大橋 | 在建設(shè)中 | 斜拉橋 | 主跨:730 |
5個(gè)風(fēng)速儀,54個(gè)溫度傳感器,107個(gè)應(yīng)變傳感器, 位移傳感器,16個(gè)GPS,14個(gè)加速度傳感器 |
上海 |
五、 橋梁安全預(yù)警技術(shù)及結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù)
研究基于監(jiān)測(cè)信息的重大工程結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷推斷與定位、實(shí)時(shí)模型修正與安全評(píng)定的理論和方法、以及結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的多水平準(zhǔn)則,建立典型重大工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別與安全評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)P停瑸橹卮蠊こ探Y(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警提供理論、方法和統(tǒng)一的檢驗(yàn)平臺(tái)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
1、結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷推斷、定位與模型修正的理論和方法
(1)環(huán)境時(shí)變作用模型研究。(a)研究晝夜溫差變化與季節(jié)溫差變化的幅值及其循環(huán)作用的次數(shù),研究溫度對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁靜動(dòng)力特性的影響;(b)預(yù)應(yīng)力對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響目前還沒(méi)有明確的結(jié)論,對(duì)于既有橋梁結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間而變化的,需要研究預(yù)應(yīng)力效應(yīng)變化及其對(duì)橋梁動(dòng)力特性的影響。
(2)復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷的子結(jié)構(gòu)、分散化識(shí)別方法:針對(duì)大型拉索式橋梁結(jié)構(gòu)等具有明顯子結(jié)構(gòu)特征(如拉索、橋面和橋塔等相對(duì)獨(dú)立又有機(jī)聯(lián)系的子結(jié)構(gòu)體系)的重大工程結(jié)構(gòu),研究結(jié)構(gòu)局部損傷、子結(jié)構(gòu)損傷和分散化損傷推斷——分析和識(shí)別及其兩者相結(jié)合的方法;研究以局部信息為先驗(yàn)知識(shí)和以整體信息為先驗(yàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的信息融合方法。
(3)基于非物理模型的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法:采用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)和人工智能方法,研究基于非物理模型的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法,主要包括小波包變換分析方法、Hilbert-Huang變換分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等,建立小波包能量譜等結(jié)構(gòu)損傷指紋;研究非物理模型的結(jié)構(gòu)損傷特征與有物理模型的結(jié)構(gòu)損傷特征的關(guān)系與相互轉(zhuǎn)化的條件和方法。
(4)結(jié)構(gòu)模型修正的理論與方法:在結(jié)構(gòu)損傷推斷與定位的基礎(chǔ)上,研究結(jié)構(gòu)模型修正的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件;研究子結(jié)構(gòu)模型修正方法,從單元到單元、整體到單元的模型修正方法,基于局部和整體性態(tài)變量一致性的結(jié)構(gòu)模型修正方法,以及概率模型修正方法。
2、結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)定的理論與方法
(1)結(jié)構(gòu)安全評(píng)定的荷載標(biāo)準(zhǔn):橋梁評(píng)估顯然不同于橋梁設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)是基于統(tǒng)計(jì)分析綜合得到的,而實(shí)橋?qū)嶋H經(jīng)歷的荷載顯然不同于預(yù)期的設(shè)計(jì)荷載,可能發(fā)生超載,還有不同軸重的概率分布和交通流量等。因此制定橋梁評(píng)估的荷載標(biāo)準(zhǔn)就顯得特別重要。研究基于環(huán)境條件監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)極值環(huán)境作用;研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期和后續(xù)服役期的隨機(jī)環(huán)境荷載等概率超越準(zhǔn)則以及以此為準(zhǔn)則的結(jié)構(gòu)安全評(píng)定荷載標(biāo)準(zhǔn);研究地震、強(qiáng)風(fēng)和海浪等具體的評(píng)定荷載標(biāo)準(zhǔn)。
(2)典型重大工程結(jié)構(gòu)累積損傷與抗力衰減的關(guān)系:針對(duì)大型拉索式橋梁結(jié)構(gòu)以及固定式鋼質(zhì)導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu),研究結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件累積損傷的規(guī)律、結(jié)構(gòu)構(gòu)件和整體性能退化規(guī)律和抗力衰減模型。
(3)結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)安全評(píng)定:結(jié)合典型重大工程結(jié)構(gòu),研究易損性構(gòu)件和重要性構(gòu)件與結(jié)構(gòu)失效模式和相應(yīng)極限承載能力的關(guān)系;研究結(jié)構(gòu)重分析和極限承載能力分析的高效快速方法,以及基于當(dāng)前監(jiān)測(cè)確定的極限環(huán)境作用和極限強(qiáng)度模板映射的結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)安全評(píng)定方法;研究基于當(dāng)前結(jié)構(gòu)損傷狀況和評(píng)定荷載標(biāo)準(zhǔn)下的結(jié)構(gòu)安全評(píng)定方法。
(4)橋梁剩余使用壽命預(yù)測(cè)。由于影響既有橋梁剩余壽命的因素很多,包括混凝土的碳化、鋼筋銹蝕、超載運(yùn)營(yíng)等等,各個(gè)影響因素之間互相影響,目前針對(duì)既有公路橋梁的抗力衰減模型雖有一定的參考資料,但是超載導(dǎo)致的疲勞損傷和鋼筋導(dǎo)致的銹蝕等多因素耦合的橋梁抗力衰減模型還有待進(jìn)一步的研究。(a)發(fā)展合適的橋梁系統(tǒng)抗力模型,主要內(nèi)容有:定義合適的極限狀態(tài)、定義合適的橋梁材料和部件抗力系數(shù)、在既有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立目標(biāo)安全性指標(biāo)和橋梁系統(tǒng)抗力模型。(b)研究結(jié)構(gòu)主導(dǎo)失效模式發(fā)生概率的計(jì)算方法與識(shí)別技術(shù);研究基于荷載與抗力隨機(jī)變量先驗(yàn)知識(shí)的重要抽樣方法和結(jié)構(gòu)整體抗力與荷載效應(yīng)極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系可靠度預(yù)測(cè)方法。
3、結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的多水平準(zhǔn)則
(1)警水平?jīng)Q策:結(jié)合典型重大工程結(jié)構(gòu),研究結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理、失效模式和小安全余度;根據(jù)結(jié)構(gòu)不同狀態(tài)的功能,研究結(jié)構(gòu)多級(jí)安全預(yù)警水平設(shè)立準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)和基于損傷過(guò)程控制的閥值調(diào)整方法。
(2)驗(yàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)安全預(yù)警方法:研究根據(jù)結(jié)構(gòu)易損性分析、結(jié)構(gòu)失效路徑和臨界狀態(tài)、損傷指紋的結(jié)構(gòu)安全預(yù)警方法,研究快速預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)災(zāi)變響應(yīng)的理論與方法。
(3)大橋梁安全預(yù)警系統(tǒng)。
六、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造價(jià)
由于橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造價(jià)與橋梁健康監(jiān)測(cè)方案密切相關(guān),不同的方案造價(jià)差別巨大。而橋梁橋梁健康監(jiān)測(cè)方案與橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁所處環(huán)境、監(jiān)測(cè)方式等息息相關(guān),所以針對(duì)每個(gè)橋梁應(yīng)該單獨(dú)設(shè)計(jì)橋梁健康監(jiān)測(cè)方案。橋梁健康監(jiān)測(cè)造價(jià)會(huì)根據(jù)不同橋梁有所不同,下表給出一些國(guó)內(nèi)主要做橋梁健康監(jiān)測(cè)單位(上海巨一科技發(fā)展有限公司、上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)有限公司)的已建橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造價(jià),以供參考。
橋名 | 結(jié)構(gòu)類型 | 跨度(m) | 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造價(jià)(萬(wàn)元) |
東海大橋 | 斜拉橋 | 主跨:420 | 3400 |
南京長(zhǎng)江四橋 | 懸索橋 | 主跨:1418 | 3200 |
湛江海灣大橋 | 斜拉橋 | 主跨:480 | 2000 |
上海閔浦大橋 | 斜拉橋 | 主跨:708 | 1500 |
閔浦二橋 | 斜拉橋 | 主跨:251.4 | 500 |
遼河大橋 | 斜拉橋 | 主跨:436 | 500 |
七、橋梁健康監(jiān)測(cè)意義
1、監(jiān)控與評(píng)估。橋梁健康檢測(cè)的基本內(nèi)涵是通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估,為工程在特殊氣候、交通條件下或運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)重異常時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào),為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。為此,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控:①橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營(yíng)的物理與力學(xué)狀態(tài);②橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀態(tài);③結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性;④工程所處環(huán)境條件等等。
2、設(shè)計(jì)驗(yàn)證。由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境,在大橋設(shè)計(jì)階段安全掌握和預(yù)測(cè)其力學(xué)特性和行為特性是非常困難的。因此,通過(guò)橋梁健康檢測(cè)所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來(lái)檢驗(yàn)大橋的理論模型和計(jì)算假定具有重要意義。不僅對(duì)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)模型有驗(yàn)證作用,而且有益于新的設(shè)計(jì)理論的形成。
關(guān)于聚華科技
杭州聚華光電科技有限公司(Cavono, Inc.)是一家基于物聯(lián)網(wǎng)光纖傳感器技術(shù)從事土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警管理的高新技術(shù)企業(yè),聚華是光纖光柵傳感器產(chǎn)品提供商和土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)一站式解決方案優(yōu)質(zhì)合作伙伴。公司專注于橋梁、隧道、邊坡、基坑、地鐵、礦山、電力等土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、推廣與應(yīng)用,以提供野外光纖傳感器自動(dòng)化監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)一站式解決方案見(jiàn)長(zhǎng)。主要以光纖光柵傳感器技術(shù)、分布式光纖測(cè)溫技術(shù)、工程安全自動(dòng)化云計(jì)算軟件、工程化專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)分析為技術(shù)核心。r786.cn