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橋梁道路健康監測系統(光纖光柵)

一． 橋梁結構健康監測重要性

摘要：近年來，國內發生的几起大橋坦塌和局部破坏事故，使人們逐漸認識到橋梁結構健康監測的必要性和迫切性。

1橋梁結構健康監測的必要性和迫切性
自20 世紀50年代以來，橋梁健康監測的重要性就逐漸被認識，但受檢測、監測手段比較落後的限制，在應用上一直未得到推廣和重視。近年來隨着大跨徑橋梁的輕柔化 及形式與功能的複雜化，這項技術成為國內外學朮界、工程界的研究熱點。許多國家都在一些已建和在建的大跨橋樑上進行了有益的嘗試：丹麥曾對總長 1  726  m的Faroe跨海斜拉橋進行施工階段及通車首年的監測，另外，他們在主跨1  624  m的Great  Belt  East懸索 橋上也開始了相關的嘗試；泰國與韓國目前也已開始在重要橋樑上安裝永久性的實時結構整體與安全性報警設備；香港的青馬大橋、內地的虎門大橋、徐浦大橋、江 陰大橋等在施工階段也已開始傳感器的安裝，以備將來運營期間的實時監測。這種技術的成功開發與應用將起到確保橋梁安全運營、延長橋梁使用壽命的作用。同時 通過早期橋梁病害的發現能大大節約橋梁的維修費用，可以避免最終頻繁大修關閉交通所引起的重大損失。
  近年來，國內發生的几起大橋坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由於構件疲勞加之監測養護措施跟不上，從而嚴重影響構件的承重能力和結構的使用。因此，對橋梁結構健康監測非常必要和迫切。
工 程結構一般會受到兩種損傷——突發性損傷和累積性損傷。突發性損傷由突發事件引起，使損傷在短期內達到或超過一定限值；累積損傷則有緩慢積累的性質，達一 定程度會引起破坏，影響安全和使用。健康檢測能夠在突發性損傷發生時，及時做出判斷和警報，以便採取處理措施，防止發生進一步的破坏和引發其它事故；對於 累積損傷，能夠定期對損傷的狀態做出描述，以便根據情況採取相應措施。
  橋梁結構的健康監測包括橋梁結構的局部檢測和橋梁整體的健康監測。局部檢測主要，包括目檢、混凝土表面硬度試驗。整體檢測分三個層次，即：損傷是否發生、損傷發生位置和損傷發生程度。這種思想源於航空航天領域，並在機構領域得到發展，現在逐漸應用到了土木工程領域。
2橋梁健康監測意義
2.1  監控與評估
     橋梁健康檢測的基本內涵是通過對橋梁結構狀態的監控與評估，為工程在特殊氣候、交通條件下或運營狀況嚴重異常時發出預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策 提供依據和指導。為此，監測系統通常對以下幾個方面進行監控：①橋梁結構在正常環境與交通條件下運營的物理與力學狀態；②橋梁重要非結構構件和附屬設施的 工作狀態；③結構構件耐久性；④工程所處環境條件等等。
2.2  設計驗証
    由於大型橋梁的力學和結構特點以及所處的特定環境，在 大橋設計階段安全掌握和預測其力學特性和行為特性是非常困難的。因此，通過橋梁健康檢測所獲得的實際結構的動靜力行為來檢驗大橋的理論模型和計算假定具有 重要意義。不僅對設計理論和設計模型有驗証作用，而且有益于新的設計理論的形成。
2.3  研究與發展
    橋梁健康監測帶來的將不僅是監測系統和某種特定橋梁設計的反思，它還可能並成為橋梁研究的現場實驗室。由於運營中的橋梁結構及其環境所獲得信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，而且可以提供有關結構行為與環境規律的最真實的信息。
二．監測系統簡介
整個 光纖光柵橋梁監測 系統由光纖光柵傳感器、傳輸光纜、光纖光柵傳感分析儀、以太網交換機和服務器組成。
光傳感網絡分析儀：主要功能是收集由傳感器傳來的數據；進行讀數的信號調理、採集數據的初步處理和儲存；
然後通過光纜傳到監測中心的數據處理和分析系統。
傳感器系統：在整個橋梁安裝傳感器及有關附件，包括：溫度傳感器、位移計、應變計等附件。
傳輸系統：站點的設立、安全監測局域網、與其他局域網或主幹網的連接。
系統功能
橋梁安全監測系統主要包括如下幾個方面的功能：
·報告橋梁的工作溫度環境；
·報告橋梁的主要構件的實際內力分布和振動狀況；
·報告橋梁的主要構件是否有損害或累積性損坏；
·並且給橋梁的營運管理和維修決策者提供橋梁的警告信息；
·根據對橋梁整體結構模型的優化分析；
主要監測內容
橋梁健康監測系統主要監測以下內容，包括：
·主跨縱向橫向豎向位移；
·主跨鋼箱梁的位移、截面的應力分布、溫度等；
·錨室主纜索股拉力；
·部分吊索拉力；
·斜拉索拉力；
·鋼箱梁截面內部應力監測；
·地下連續牆的垂直沉降、平面位移、縱向變形、牆體鋼觔應力；
·監測風載荷引起的橋梁振動；
·溫度引起的橋梁應力；
·交通載荷引起的應力及振動；
·河水及冰塊對橋墩的衝擊等