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      歐美大地 橋梁檢測
      橋梁檢測
      大跨度橋梁結構如何進行健康監測
      發布時間:2021-11-10 瀏覽次數:39976 來源:歐美大地

      隨著現代化橋梁結構健康監測系統的逐步發展,大跨橋梁結構健康監測系統的概念越來越清晰地呈現在眾多研究和使用者的面前: 大跨橋梁健康監測系統,是一個以橋梁結構為平臺,應用現代傳感、通訊、和網絡技術,優化組合結構監測、環境監測、交通監測、設備監測、損傷識別、整體性能評估、綜合報警、信息網絡分析處理、和橋梁養護管理各功能子系統為一體的綜合監測系統。其可以實現對結構整體損傷的長期跟蹤監測, 達到對局部、短期損傷技術的有益補充,從而極大地延拓了橋梁檢測領域的內涵, 提高了預測評估的可能性。


      橋梁結構健康監測系統的主要功能和目的是為了讓橋梁結構在施工和運營期間的承載能力、運營狀態、安全性和耐久性得以實時在線的掌握。

      除此而外, 通過橋梁健康監測系統而獲得的實際結構的動靜力行為來驗證橋梁結構的理論模型、計算假定等具有重要意義。事實上,現在國內外一些重要大跨橋梁結構在建立健康監測系統時都強調利用監測的信息來驗證結構的設計。橋梁健康監測信息反饋于結構設計的更深遠的意義在于: 結構設計方法與應用的規范標準等可能得以改進。對橋梁在各種交通條件和自然環境下的真實行為的理解以及對環境荷載的合理建模是將來實現橋梁“虛擬”設計的基礎。


      橋梁結構特點及監測

      橋梁按主要受力構件可分為梁橋、拱橋、鋼架橋、斜拉橋、懸索橋五大類。

      梁橋

      主要承重構件為主梁,受力特點為主梁受彎,多用于中小跨徑橋梁;

      拱橋

      主要承重構件是拱肋,受力特點為拱肋承壓、支承處受水平推力;

      鋼架橋

      是一種橋跨結構和墩臺結構整體相連的橋梁,受力特點為支柱與主梁共同受力,支柱與主梁剛性連接,在主梁端部產生負彎矩,減少跨中截面正彎矩,支座不僅承受豎向力還承受彎矩,適宜于中小跨度橋梁,如立交橋、高架橋等;

      斜拉橋

      主要承重構件為梁、索、塔,利用索塔上的斜拉索在梁跨內增加彈性支承,減小梁內彎矩而增大跨徑,受力特點為外荷載從梁傳遞到索,再到索塔,適宜于中等及大跨橋梁;

      懸索橋

      主要承重構件為主纜,受力特點為外荷載從梁經過系桿傳遞到主纜,再到兩端錨錠,適宜于大型及超大跨橋梁。


      大跨度橋梁結構健康監測內容主要有:

      1. 荷載監測,包括風、地震、溫度、交通荷載等;
      2. 幾何形態監測,獲取結構實際幾何形態參數,如線形、變形、位移、沉降等;
      3. 截面應力監測,包括混凝土應力、鋼筋應力、結構應力等;
      4. 索力監測,斜拉索、主纜、吊桿等的索力;
      5. 下部結構監測,包括錨定應力、主塔樁基軸力等;
      6. 響應監測,包括橋梁各個構件的應力應變、振動加速度、索力等。


      香港青馬大橋結構健康監測方案

      青馬大橋是連接香港葵青區青衣島和荃灣區馬灣島的主要通道,東起青衣島,上跨馬灣海峽,西至馬灣島,是香港青嶼干線道路的重要樞紐。

      該橋是公鐵兩用鋼箱梁鋼懸索橋,上層為雙向六車道城市快速路,下層為雙線鐵路。青馬大橋全長2160m,主跨1377 m,橋寬42m,橋塔高(至鞍座) 206m,主纜直徑1.1m,由33400根直徑為5.38mm的鋼絲組成,鋼絲總長160000km。在青衣島側采用隧道式錨碇,在馬灣島側采用重力式錨碇。鋼箱加勁桁梁高7.54m,高跨比1/185,縱向桁架之間為空腹式桁架橫梁,中部空間可容納行車道和鐵軌。上層橋面中部和下層橋面鐵軌兩側均設有通氣空格,形成流線型帶有通氣空格的閉合箱型加勁梁。根據大橋所在的地形條件及青衣島側公路立交布置要求。設計橋跨時利用了不對稱思想,即設計成中跨和馬灣島側邊跨懸吊的雙塔兩跨懸索橋。

      青馬大橋的結構健康監測系統由香港特別行政區路政署負責實施,大橋上共安裝了253個不同類型的傳感器,包括應變計、加速度計、位移計、風速儀、溫度計、腐蝕傳感器、動態稱重系統和全球定位系統(GPS)。該系統的主要特點包括:

      1

      至今已運行超過二十年,積累了大量原始監測數據,為國內外橋梁健康監測系統的設計和運營提供了寶貴經驗;

      2

      綜合考慮結構形式和經濟性并結合對稱性原則,在橋梁一側密集布置各類型傳感器,另一側少量布置傳感器(用于監測結果檢驗和校核);

      3

      在公路和鐵路交通荷載長期共同作用下,大橋的正交異性鋼橋面板焊接構件在服役期易發生疲勞開裂,因此在橋面板不同截面一共布置了110個應變計,以便后續評估鋼焊接構件的疲勞壽命;

      4

      考慮到大橋在服役期要長期暴路在腐蝕環境,而鋼結構表面易受氯鹽腐蝕,在大橋的關鍵區域進行了長期腐蝕監測;

      5

      大橋所處位置常年遭受臺風作用,而橋塔高度超過200 m、主跨超過1300 m,大橋的風場環境與結構振動變形監測成為重點。



      青馬大橋結構健康監測系統使用的傳感器主要有:


      • 風速儀:可分為螺旋槳式風速儀和超聲波式風速儀,記錄風向、風速數據;
      • 溫度計:記錄溫度、溫差數據;
      • 應變計:記錄安裝位置的應變;
      • 加速度計:記錄結構的振動加速度;
      • 位移計:記錄結構的局部位移;
      • 索力計:記錄拉索索力;
      • 腐蝕傳感器:記錄安裝位置的鋼筋腐蝕狀況;
      • 動態稱重系統:記錄車輛荷載的軸重、軸間距、車速等信息;
      • GPS:記錄橋塔、橋面板結構的變形;
      • 氣象站:記錄氣壓、濕度、雨量等天氣信息


      相關傳感器

      TH-T溫度傳感器

      TH-T溫度傳感器為監測巖體、混凝土、土體、砂漿和填方內的溫度變化提供了一種可靠的手段。


      TH-T型溫度傳感器采用一個3kΩ的片狀熱敏電阻。這個熱敏電阻被封裝和密封在不銹鋼或PVC圓筒中,連接有兩根導線以便讀數。TH-T集成了大多數振弦傳感器中使用的標準熱敏電阻。

      SM-5A應變計

      SM-5A振弦式應變計用于監測應變的變化,當彈性模量已知時,可評估應力變化。


      SM-5A振弦式表面應變計由一根鋼弦保護管連接的兩個端塊組成。一個電磁線圈放置在位于管子中部的保護外殼中。施加在應變計上的外力改變了鋼弦的張力,從而改變鋼弦的共振頻率,并被電磁線圈讀取。

      A2512雙軸加速度計

      A2512加速度計設計用于需要長電纜長度、惡劣現場條件下的動態結構測試。


      這種精確、堅固、完全防風雨的集成化MEMS 傳感器可用于要求低噪聲和可靠長期穩定性的零至中頻應用場景中。

      LVDT 位移傳感器


      線性可變差動變壓器(LVDT)位移傳感器能夠精確測量彈簧加載滑動電樞和外部殼體之間的運動。這種堅固且獨立的傳感器非常適合記錄結構構件因活荷載和溫度變化而產生的位移。憑借多年在橋梁、建筑物和水工結構上使用這些傳感器的經驗,這種傳感器在涉及到非常精確的位置測量時堪稱標準級別。

      DT85G數據采集器

      DT85G是一款堅固、獨立、低能耗的數據采集器,具有支持U盤、18位分辨率、可擴展通訊性能及內嵌顯示屏等特性。


      DT85G可通過模擬及數字通道、高速計數器、脈沖輸入、可編程傳感器串行通道接口連接一系列的傳感器。振弦、溫度、電壓、電流、4-20mA電流回路、電阻、電橋、應變計、頻率、數字或智能傳感器都可同時進行數據采集,同時可對采集到的各種原始數據進行計算,按所需要的工程單位或統計報告的形式將原始數據或計算結果返回給上位機。


      更多橋梁結構健康監測相關信息

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