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大跨度桥梁结构如何进行健康监测
宣布时间：2021-11-10 浏览次数：94049 来源：尊龙凯时人生就是博

随着现代化桥梁结构健康监测系统的逐步生长，大跨桥梁结构健康监测系统的看法越来越清晰地泛起在众多研究和使用者的面前： 大跨桥梁健康监测系统，是一个以桥梁结构为平台，应用现代传感、通讯、和网络技术，优化组合结构监测、情况监测、交通监测、设备监测、损伤识别、整体性能评估、综合报警、信息网络剖析处理、和桥梁养护治理各功效子系统为一体的综合监测系统。其可以实现对结构整体损伤的恒久跟踪监测， 抵达对局部、短期损伤技术的有益增补，从而极大地延拓了桥梁检测领域的内涵， 提高了预测评估的可能性。

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桥梁结构健康监测系统的主要功效和目的是为了让桥梁结构在施工和运营期间的承载能力、运营状态、宁静性和耐久性得以实时在线的掌握。

除此而外， 通过桥梁健康监测系统而获得的实际结构的消息力行为来验证桥梁结构的理论模型、盘算假定等具有重要意义。事实上，现在海内外一些重要大跨桥梁结构在建立健康监测系统时都强调利用监测的信息来验证结构的设计。桥梁健康监测信息反响于结构设计的更深远的意义在于： 结构设计要领与应用的规范标准等可能得以革新。对桥梁在种种交通条件和自然情况下的真实行为的理解以及对情况荷载的合理建模是将来实现桥梁“虚拟”设计的基础。


壹

桥梁结构特点及监测

桥梁按主要受力构件可分为梁桥、拱桥、钢架桥、斜拉桥、悬索桥五大类。

梁桥

主要承重构件为主梁，受力特点为主梁受弯，多用于中小跨径桥梁；

拱桥

主要承重构件是拱肋，受力特点为拱肋承压、支承处受水平推力；

钢架桥

是一种桥跨结构和墩台结构整体相连的桥梁，受力特点为支柱与主梁配合受力，支柱与主梁刚性连接，在主梁端部爆发负弯矩，减少跨中截面正弯矩，支座不但蒙受竖向力还蒙受弯矩，适宜于中小跨度桥梁，如立交桥、高架桥等；

斜拉桥

主要承重构件为梁、索、塔，利用索塔上的斜拉索在梁跨内增加弹性支承，减小梁内弯矩而增大跨径，受力特点为外荷载从梁通报到索，再到索塔，适宜于中等及大跨桥梁；

悬索桥

主要承重构件为主缆，受力特点为外荷载从梁经过系杆通报到主缆，再到两端锚锭，适宜于大型及超大跨桥梁。

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大跨度桥梁结构健康监测内容主要有：

  1. 荷载监测，包括风、地动、温度、交通荷载等；
  2. 几何形态监测，获取结构实际几何形态参数，如线形、变形、位移、沉降等；
  3. 截面应力监测，包括混凝土应力、钢筋应力、结构应力等；
  4. 索力监测，斜拉索、主缆、吊杆等的索力；
  5. 下部结构监测，包括锚定应力、主塔桩基轴力等；
  6. 响应监测，包括桥梁各个构件的应力应变、振动加速度、索力等。


贰

香港青马大桥结构健康监测计划

青马大桥是连接香港葵青区青衣岛和荃湾区马湾岛的主要通道，东起青衣岛，上跨马湾海峡，西至马湾岛，是香港青屿干线门路的重要枢纽。

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该桥是公铁两用钢箱梁钢悬索桥，上层为双向六车道都会快速路，下层为双线铁路。青马大桥全长2160m，主跨1377 m，桥宽42m，桥塔高(至鞍座) 206m，主缆直径1.1m，由33400根直径为5.38mm的钢丝组成，钢丝总长160000km。在青衣岛侧接纳隧道式锚碇，在马湾岛侧接纳重力式锚碇。钢箱加劲桁梁高7.54m，高跨比1/185，纵向桁架之间为空腹式桁架横梁，中部空间可容纳行车道和铁轨。上层桥面中部和下层桥面铁轨两侧均设有通气空格，形成流线型带有通气空格的闭合箱型加劲梁。凭据大桥所在的地形条件及青衣岛侧公路立交安排要求。设计桥跨时利用了差池称思想，即设计成中跨和马湾岛侧边跨悬吊的双塔两跨悬索桥。

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青马大桥的结构健康监测系统由香港特别行政区路政署卖力实施，大桥上共装置了253个差别类型的传感器，包括应变计、加速度计、位移计、风速仪、温度计、腐化传感器、动态称重系统和全球定位系统（GPS）。该系统的主要特点包括：

1

至今已运行凌驾二十年，积累了大宗原始监测数据，为海内外桥梁健康监测系统的设计和运营提供了名贵经验；

2

综合考虑结构形式和经济性并结合对称性原则，在桥梁一侧密集安排种种型传感器，另一侧少量安排传感器(用于监测结果检验和校核)；

3

在公路和铁路交通荷载恒久配相助用下，大桥的正交异性钢桥面板焊接构件在服役期易爆发疲劳开裂，因此在桥面板差别截面一共安排了110个应变计，以便后续评估钢焊接构件的疲劳寿命；

4

考虑到大桥在服役期要恒久暴路在腐化情况，而钢结构外貌易受氯盐腐化，在大桥的要害区域进行了恒久腐化监测；

5

大桥所处位置终年遭受台风作用，而桥塔高度凌驾200 m、主跨凌驾1300 m，大桥的风场情况与结构振动变形监测成为重点。


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青马大桥结构健康监测系统使用的传感器主要有：


  • 风速仪：可分为螺旋桨式风速仪和超声波式风速仪，纪录风向、风速数据；
  • 温度计：纪录温度、温差数据；
  • 应变计：纪录装置位置的应变；
  • 加速度计：纪录结构的振动加速度；
  • 位移计：纪录结构的局部位移；
  • 索力计：纪录拉索索力；
  • 腐化传感器：纪录装置位置的钢筋腐化状况；
  • 动态称重系统：纪录车辆荷载的轴重、轴间距、车速等信息；
  • GPS：纪录桥塔、桥面板结构的变形；
  • 气象站：纪录气压、湿度、雨量等天气信息


肆

相关传感器

TH-T温度传感器

TH-T温度传感器为监测岩体、混凝土、土体、砂浆和填方内的温度变革提供了一种较为可靠的手段。

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TH-T型温度传感器接纳一个3kΩ的片状热敏电阻。这个热敏电阻被封装和密封在不锈钢或PVC圆筒中，连接有两根导线以便读数。TH-T集成了大大都振弦传感器中使用的标准热敏电阻。

SM-5A应变计

SM-5A振弦式应变计用于监测应变的变革，当弹性模量已知时，可评估应力变革。

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SM-5A振弦式外貌应变计由一根钢弦�；す芰拥牧礁龆丝樽槌�。一个电磁线圈安排在位于管子中部的�；ね饪侵�。施加在应变计上的外力改变了钢弦的张力，从而改变钢弦的共振频率，并被电磁线圈读取。

A2512双轴加速度计

A2512加速度计设计用于需要长电缆长度、卑劣现场条件下的动态结构测试。

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这种准确、坚固、防风雨的集成化MEMS 传感器可用于要求低噪声和恒久稳定性的零至中频应用场景中。

LVDT 位移传感器

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线性可变差动变压器（LVDT）位移传感器能够准确丈量弹簧加载滑动电枢和外部壳体之间的运动。这种坚固且独立的传感器适合纪录结构构件因活荷载和温度变革而爆发的位移。凭借多年在桥梁、建筑物和水工结构上使用这些传感器的经验，这种传感器在涉及到准确的位置丈量时是标准级别。

DT85G数据收罗器

DT85G是一款坚固、独立、低能耗的数据收罗器，具有支持U盘、18位区分率、可扩展通讯性能及内嵌显示屏等特性。

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DT85G可通过模拟及数字通道、高速计数器、脉冲输入、可编程传感器串行通道接口连接一系列的传感器。振弦、温度、电压、电流、4-20mA电流回路、电阻、电桥、应变计、频率、数字或智能传感器都可同时进行数据收罗，同时可对收罗到的种种原始数据进行盘算，按所需要的工程单位或统计报告的形式将原始数据或盘算结果返回给上位机。


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