一、监测背景
桥梁建成后随着运营时间的推移,桥梁各构件将面临各种损伤及内力状态的改变,相应桥梁的刚度和承载能力就会出现不同程度的衰减,这些损伤和内力状态的改变如果能够被预先警告获知,并且及时进行适当的调整、维护、维修,就不会危及桥梁结构的运营安全,否则在长期疲劳下,多种因素耦合作用可能导致灾难性事故。
随着科学技术的发展,综合现代测试与传感技术、网络通信技术、信号处理和分析技术、数学理论和结构分析理论等多个学科领域的桥梁结构健康监测系统,可极大地延拓桥梁的监测内容,并可连续地、实时地、在线地对结构“健康”状态进行监测和评估,对桥梁的运营安全和提高桥梁的管理水平具有极大的指导意义。
二、监测内容
并结合《建筑与桥梁结构监测技术规范》(GB50982-2014),对于使用期间的桥梁安全监测项目,如下表所示。
表4.1使用期间监测项目
| 基础沉降监测 | 变形监测 | 应变监测 | 环境及效应监测 | 车辆荷载 | 动力响应 | 支座反力和位移 | 竖向 | 水平 | 风 | 温度 | 地震 | 梁桥 | ▲ | ★ | ○ | ★ | ○ | ★ | ▲ | ★ | ▲ | ▲ | 拱桥 | ▲ | ★ | ▲ | ★ | ○ | ★ | ▲ | ★ | ▲ | ▲ | 斜拉桥 | ▲ | ★ | ▲ | ★ | ★ | ★ | ▲ | ★ | ▲ | ▲ | 悬索桥 | ▲ | ★ | ▲ | ★ | ★ | ★ | ▲ | ★ | ▲ | ▲ |
注:1 ★应监测项,▲宜监测项,○可监测项;
根据桥梁结构的特点,考虑桥梁的重要程度、工作环境等,在进行健康监测时,以下各监测内容是非常重要的:
结构变形监测:包括梁体、塔变形、桥墩倾斜和沉降等; 结构应力(应变)监测:桥梁重要部位(桥梁跨中关键部位等)静态的应力(应变)测试;
索力/吊杆监测:主跨斜拉索索力、吊杆拉力、系杆拉力的监测;
结构振动特性与振动水平:包括振动特性的测试与分析、地震动;
伸缩缝/裂缝监测:主桥与引桥间伸缩缝大小变化、裂缝变化;
环境监测:监测大桥所处环境的温湿度、风速风向、雨量等。
根据《建筑与桥梁结构监测技术规范》(GB50982-2014)(住建部)/《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》(JT/T 1037-2016)(交通部),对于使用期间的桥梁安全监测项目还应对车辆荷载进行监测。
监测内容及位置 监测项 | 传感器 | 安装位置 | 测点数量 | 拱肋变形 | GNSS | 拱顶位置 |
| 挠度 | 压差式变形测量传感器 | 主跨、从跨和边跨 |
| 应变 | 表面式应变计 | 拱肋位置及跨中 |
| 温湿度 | 温湿度传感器 | 拱顶位置 |
| 振动 | 磁电式振动传感器 | 桥面跨中和顶部 |
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三、系统组成
系统由感知层、传输层和运用层组成,具体为传感器系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制系统、安全评价和预警子系统,通过各个层相互协调,实现系统的各种功能。 四、硬件设备
挠度监测设备:压差式变形测量传感器,具体参数如下表所示。
采用数据采集系统进行采集,具体参数如下表所示。
沉降监测设备:激光测距仪。激光测距仪具有测量速度快、测量精度高、产品体积小,使用方便等特点,可运用于桥墩沉降监测,具体参数指标如下所示。
倾斜监测设备:盒式测斜仪,具体参数如下表所示。
无线传输模块:DTU,系统采用无线数传模块进行无线传输,该传输模块是由无线数传终端和无线数传主机组成,依靠成熟的GPRS/3G/4G网络,在网络覆盖内区域内可以快速组建数据通讯,实现实时远程数据传输。DTU系列通讯模块支持AT指令集,采用通用标准串口对模块进行设置和调试,提供标准的RS232/485接口,其工作参数如下:
五、监测平台
用户可登陆知物云平台界面进行数据的展示查看,以下是项目截图:
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