橋梁健康監(jiān)測技術簡析
2015-07-02
0引言
隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，公路交通網絡已經成為關系國家經濟命脈的重要基礎設施，橋梁便是其中的重要組成部分，截至2010年底，我國公路橋梁總里程達到2100000延米，公路橋梁總數(shù)達到650000座，業(yè)已超過美國，成為世界公路橋梁第一國。但是由于橋梁結構在應用過程中，受到偶然事故、極端荷載、交通負荷、材料退化、施工質量、設計標準等各種因素的影響，加上經濟飛速發(fā)展階段的橋梁建設質低、集中、量大等因素，橋梁的結構安全管理十分困難，這對人民生命財產和國家經濟發(fā)展帶來了嚴重的威脅。
1橋梁運營過程中所面臨的問題
橋梁在運營過程中會遇到多種多樣的問題，若不稍加注意，就會引起巨大的損失，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營過程中會遇到各種各樣的問題，另一方面也揭示了橋梁的結構安全潔廁和預警技術的必要性?，F(xiàn)將橋梁運營過程中的所面臨的問題總結于下圖1中。
圖1橋梁運營中面臨的問題
2橋梁的綜合評價系統(tǒng)
根據相關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，即測得的橋梁在荷載作用的下靜力響應；三是動態(tài)信息，即動荷載作用下的橋梁的動力響應。橋梁的損傷信息眾多，如何根據眾多的監(jiān)測信息來評價橋梁的使用性能，并做出相關預警就要借助于橋梁的綜合評價系統(tǒng)。傳統(tǒng)的橋梁評價基本上無外乎兩種，一種是經驗識別和評定，另外一種是靜態(tài)識別和評定，但是作用于橋梁的荷載基本上為動荷載，所以上述兩種評價方法顯得有些不足，于是需要在綜合以上兩種評價方法的基礎上添加動態(tài)識別和評定，以下是橋梁綜合評價系統(tǒng)的簡圖。
圖2橋梁綜合評價系統(tǒng)
3橋梁健康監(jiān)測數(shù)據采集技術
橋梁的準確評價與風險預估是建立在詳細數(shù)據支持的基礎上的，所以需要對橋梁的健康狀況進行綜合監(jiān)測，目前橋梁健康監(jiān)測的主要包括橋梁的使用環(huán)境監(jiān)測、橋梁的位移監(jiān)測、橋梁的應變監(jiān)測、橋梁的應力監(jiān)測、橋梁的振動監(jiān)測等，下表1是部分橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器布置實例。
表1橋梁監(jiān)測傳感器布置實例
此外，隨著相關科學的發(fā)展，處上表中列出的傳感器外，市場上已經出現(xiàn)了許多新型的傳感器，例如：磁流體驅動器、記憶合金、自我診斷纖維增強復合材料、磁致伸縮傳感器、壓電傳感器、智能傳感技術的光纖傳感器等。其中智能光纖傳感器能夠監(jiān)控靜態(tài)和動態(tài)應變信息、氯離子濃度、溫度、腐蝕、裂紋和脫層等。光纖傳感器分為結構型傳感光纖傳感器和物性型傳感光纖傳感器兩種，目前市場上最常用的光纖光柵屬于后一種傳感器，它能夠對河水及冰塊對橋墩的沖擊、交通荷載引起的應力振動、溫度引起的應力及振動、監(jiān)測風載引起的橋梁振動、各種索拉力、結構截面的應力分布、溫度、結構縱向橫向豎向位移等。
總之橋梁的健康監(jiān)測離不開傳感器，除傳統(tǒng)的傳感器外，新興的傳感器在未來橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據才集中有著不可忽視的作用。
