工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與診斷查忍沈圣瑯岐大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案由于氣候、環(huán)境等自然因素的作用和日益增加的交通流量及重車、超重車過橋數(shù)量的不斷增加，大跨度橋梁結(jié)構(gòu)隨著橋齡的不斷增長，結(jié)構(gòu)的安全性和使用性能必然發(fā)就引起人們的注意。但是受科技水平的限制和人們對自然認(rèn)識的局限性，早期的監(jiān)測手歐洲和亞洲的一些國家和地區(qū)，相繼發(fā)生了橋梁結(jié)構(gòu)的突然性斷裂事件，這些災(zāi)難性事場。國外建立健康監(jiān)測的典型橋梁還有英國主跨194m米的Flintshire獨(dú)塔斜拉橋、日的有些橋梁的破壞是人為因功能退化是自然因素造成的。自然原因中，循環(huán)荷載橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生災(zāi)難性事故的主要原因。近年來，國內(nèi)故在很大程度上是由于構(gòu)件疲勞和監(jiān)測養(yǎng)護(hù)措施不模擬試驗(yàn)等科研工作，然而由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要在設(shè)計(jì)階段完全掌握和預(yù)測結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜環(huán)境和運(yùn)營條常困難的。為確保橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全、實(shí)施經(jīng)濟(jì)合理的維條件下或橋梁運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號，依據(jù)和指導(dǎo)。安裝結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是提高橋梁的是健康監(jiān)測階段的基礎(chǔ)。為了節(jié)約資源、降低工程造價(jià)，式，以實(shí)現(xiàn)海河大橋的健康監(jiān)測和施工監(jiān)控兩位一體的工長1280m，主跨680m，起止里程K3+~K4+，跨徑布置為(60＋90＋150＋680＋150＋90＋60)m，墩號0~7號，除亭江側(cè)0~2號橋墩位于岸上外，其余各墩均位于水中。橋一座。瑯歧側(cè)引橋由水中引橋與岸上引橋兩部分組成。水中，單箱雙室結(jié)構(gòu)，梁高；墩身為空心板式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。各墩頂豎向均道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，橋梁橫斷面兩側(cè)各布置米緊急停車帶(遠(yuǎn)期可以改為雙向六車道)，主橋的橋面寬米，引橋橋面寬米。設(shè)計(jì)行車速度60公里/小時(shí),設(shè)計(jì)荷載等級為公路—瑯岐亭江瑯岐1280(通航孔主橋)x5x532.532.5通航凈空630m×55.1m6.778(最高通航水位)01234567。主梁塔處設(shè)置兩個(gè)活動(dòng)支證鋼梁制造時(shí)橫斷面的幾何形狀和鋼梁節(jié)段安裝。斜拉索上端分別錨固于塔柱上，下端錨固于m單室截面；上塔柱高80m，橫橋向?qū)?m~6m，采用單箱單室截面，兩塔柱在頂端微合,元主要為海積平原地貌，工程地質(zhì)分區(qū)為淤積沖積區(qū)。根據(jù)福州市勘測院《福州瑯歧－石、⒀殘積砂質(zhì)粘性土、⒁-1強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(砂土狀)、⒁-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(碎塊狀)、⒂中~微風(fēng)化花崗巖。的劃分，應(yīng)以土層平均剪切波速和場地覆蓋層厚度為準(zhǔn)。依場地各土層的類型、當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，估計(jì)的各土層剪切波速，可得瑯岐閩江大CK2、MCK4、MCK5、MCK6孔覆蓋層厚度在(Vs＜500m/s)之間，其有效剪切波速值Vse在109-192m/s之間，如表2-1所A抗震設(shè)防橋場地場地V(m/s)eMCK2MCK4MCK覆蓋層厚度(m)MCKMCK6115表2橋梁工程場地類別(m)平均剪切波速場地類別(m/s)ⅠⅡⅢVse＞5000500≥Vse＞250＜5≥5250≥Vse＞140＜3≥3，≤50＞50Vse≤140＜3≥3，≤15＞15，工程場地類別評判結(jié)果表鉆鉆孔覆蓋層厚度(m)CKCKCKCKsems)Ⅲ依據(jù)會(huì)建城[2009]934號政公路大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)和管理工作的批復(fù)》的通知”，福州市市政公路管理局，管[2009]459號1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則度冗余的傳感器及相關(guān)設(shè)備，保證系統(tǒng)的可靠性，并滿足系統(tǒng)改進(jìn)、擴(kuò)展和完善的需橋梁運(yùn)營階段健康監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測大橋的環(huán)境，荷載，主梁的應(yīng)力、變形及振動(dòng)，斜拉索的索力、橋塔應(yīng)力、變形及振動(dòng)，對橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)改變及損傷進(jìn)行評估，以保障橋梁在運(yùn)營過程的安全，也可以在結(jié)構(gòu)遭受突發(fā)性荷載、嚴(yán)重超載、損傷，危及結(jié)構(gòu)安全性時(shí)及時(shí)報(bào)警。健康監(jiān)測系統(tǒng)可以較全面系統(tǒng)地把握結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，據(jù)此對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時(shí)和恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)與維修，從而盡量延長結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營的時(shí)間，降低的壽命成本。根據(jù)瑯岐大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需要對該橋的以下部位及內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控：(3)結(jié)構(gòu)變形(主塔塔頂變位和主梁撓度、梁端位移)(6)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性(主梁、主塔振動(dòng))變化情況進(jìn)行分析數(shù)據(jù)。傳感器子系統(tǒng)撓度和主塔變位、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性等參數(shù)進(jìn)監(jiān)測參數(shù)的直接采集任務(wù)，根據(jù)監(jiān)測參數(shù)子模塊子模塊監(jiān)測對象1環(huán)境監(jiān)測子模塊溫度、濕度、風(fēng)速等2視頻子模塊橋面交通狀況3變形監(jiān)測子模塊橋塔變位、主梁線形4應(yīng)變(應(yīng)力)監(jiān)測子模塊關(guān)鍵截面應(yīng)變(力)及其變化5斜拉索索力監(jiān)測子模塊斜拉索索力及其變化6結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性監(jiān)測子模塊主梁和塔振動(dòng)由于橋位處環(huán)境與氣象站差異較大，且橋址位于臨海地區(qū)，受海洋氣候影響，因此應(yīng)在橋位處安裝環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。環(huán)境監(jiān)測的主要目的和作用是：通過環(huán)境監(jiān)測選擇合適風(fēng)荷載真實(shí)狀況；利用溫度監(jiān)測結(jié)果修正監(jiān)測的應(yīng)力和橋梁的動(dòng)力特性；通過濕度和溫監(jiān)測橋塔和鋼箱梁內(nèi)的溫度和相對濕度，塔柱水位變化位置和主梁內(nèi)埋設(shè)梯形陽極腐蝕監(jiān)測儀，監(jiān)測外部環(huán)境對結(jié)構(gòu)耐久性的影響，測點(diǎn)布置見圖J-2。在本橋上安裝視頻監(jiān)測系統(tǒng)的目的是使結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測子系統(tǒng)與視頻監(jiān)測系統(tǒng)協(xié)同工作，當(dāng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)子系統(tǒng)反映受力指標(biāo)超限時(shí)，通過視頻監(jiān)測系統(tǒng)能獲取此刻的橋面荷載信息，便于對照分析，由此也可以用于監(jiān)測超載車在橋上的行駛狀況，并做下紀(jì)錄，以上的交通事故發(fā)生的原因。作，所以攝像機(jī)安裝有云臺(tái)、風(fēng)扇、防護(hù)罩、加熱器、雨刷等設(shè)施。鋪設(shè)同軸電纜，將器。結(jié)構(gòu)變形是結(jié)構(gòu)狀態(tài)改變最靈敏與最精確的反映，因此對結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測能夠更為橋梁線形的變化也可以判斷橋梁的適用性。因此，結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測對于內(nèi)力狀態(tài)及損傷識別均有重要的意義。通過變形監(jiān)測能夠達(dá)到以下目的：修正計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力的有限元模⑵結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測傳感器布設(shè)及實(shí)施方案測壓管監(jiān)測主梁靜態(tài)線形，斜拉橋一側(cè)布置1套監(jiān)測點(diǎn)安裝在橋塔頂部和主跨撓度最大部位。在梁端伸縮縫位置布設(shè)位移傳感器，監(jiān)測伸縮縫變形。各測點(diǎn)傳感器布置見附圖J-3。狀態(tài)往往將導(dǎo)致應(yīng)力超限或應(yīng)變化應(yīng)給予足夠的重視，并結(jié)合環(huán)境、變形等其它在安全及可控的范圍。結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測主要目的在構(gòu)溫度場監(jiān)測的主要目的：將，研究溫度應(yīng)力及溫度導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形變化；完耐久性。因此，在健康監(jiān)測系，因?yàn)槠渚葷M足要求、測試通道容量大、長期工⑵應(yīng)變監(jiān)測傳感器布設(shè)及實(shí)施方案4)為了對光纖光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在主梁各截面每個(gè)截面應(yīng)變傳感器塔瑯岐大橋的主梁自重及汽車荷載均由拉索承擔(dān)，拉索是特別容易產(chǎn)生疲勞和腐蝕損傷的構(gòu)件，其壽命往往比橋梁其它構(gòu)件的壽命都短，但拉索是橋梁中的重要構(gòu)件，起著牽一發(fā)動(dòng)全身的作用，因此準(zhǔn)確及時(shí)掌握拉索的內(nèi)力及其變化特征至關(guān)重要。為了監(jiān)測索力的變化，以及在斜拉索發(fā)生損傷時(shí)，能夠及時(shí)通過安裝索力監(jiān)測系統(tǒng)價(jià)較高、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較復(fù)雜，對傳輸線的確地測量拉索的應(yīng)變，但是成品索的制作和運(yùn)輸要結(jié)構(gòu)損傷實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)局部剛度、質(zhì)量的損失，反映在結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性上是結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，如固有頻率和振型的變化。本系統(tǒng)利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化來對結(jié)構(gòu)的整體性能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)測結(jié)構(gòu)模態(tài)特性與健康結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性進(jìn)行比較,判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷；進(jìn)一步對有限元模型進(jìn)行修正，從而可以進(jìn)行多荷載和復(fù)雜環(huán)境條件下橋梁結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)深入計(jì)算分析并進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的安全評定和預(yù)警。⑵結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性監(jiān)測傳感器布設(shè)及實(shí)施方案傳感器選擇傳感器選擇風(fēng)速儀光纖光柵溫度傳感器光纖光柵溫度傳感器監(jiān)測風(fēng)速和風(fēng)向溫度補(bǔ)償和溫度場測點(diǎn)選擇塔頂斜拉橋主梁塔監(jiān)測項(xiàng)目風(fēng)荷載度2環(huán)境與外荷結(jié)結(jié)構(gòu)性態(tài)響應(yīng)載蝕視頻加速度移應(yīng)變合計(jì)塔內(nèi)主跨鋼箱梁橋塔、主梁橋塔/橋面橋面橋塔橋面橋塔橋塔岸邊基準(zhǔn)點(diǎn)斜拉橋主梁線形伸縮縫位移斜拉橋主梁橋塔斜拉索溫濕度計(jì)溫濕度計(jì)梯形陽極腐蝕監(jiān)測儀視頻系統(tǒng)單向加速度傳感器單向加速度傳感器雙向加速度傳感器三向加速度傳感器液壓連通管位移傳感器光纖光柵應(yīng)變傳感器光纖光柵應(yīng)變傳感器磁通量傳感器錨下測力計(jì)62446111142環(huán)境溫度和相對濕度環(huán)境溫度和相對濕度環(huán)境腐蝕視頻監(jiān)測采用差容式力平衡加速度傳感器塔頂位移主梁線形應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體構(gòu)架、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件、硬件、策略等幾個(gè)方面。一個(gè)數(shù)據(jù)采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中采態(tài)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集制度需采用閾值和定結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果確定，但需保證數(shù)據(jù)具有間隔實(shí)時(shí)對校驗(yàn)、結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)、管理、可視化以及對監(jiān)基本方式是采用基于現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)采集智能模塊，流行的現(xiàn)場總線如RS-485(非智能模塊引入計(jì)算機(jī)，上位機(jī)通過定制的軟件和智能模塊通訊。優(yōu)點(diǎn)是易維護(hù)、布線簡單、可靠性高，缺點(diǎn)是采樣速度低、成本較高。設(shè)計(jì)中，我們遵循的是與傳感器性能以及監(jiān)測信號匹號，采用基于分布式的輸入/輸出(I/O)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；對于。靜態(tài)信號和動(dòng)態(tài)信號，因此，數(shù)據(jù)采成。數(shù)據(jù)采集硬件包括光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)(包括解調(diào)儀和相風(fēng)速譜。。應(yīng)變和應(yīng)力的趨勢變化分析和極值分析，應(yīng)變和應(yīng)力與溫濕度之間的關(guān)系分析，應(yīng)變和應(yīng)力與車輛荷載之間的相關(guān)性分析，應(yīng)變和應(yīng)力與風(fēng)荷載之間的相關(guān)性分析。對危險(xiǎn)狀變形分析：橋梁的靜力變形趨勢和極值分析，橋梁靜力變形與溫度和濕度之間的關(guān)拉索索力分析：主要包括基于振動(dòng)法的斜拉索索力識別，基于斜拉索索力和應(yīng)變監(jiān)測的斜拉索索力極值分析和疲勞損傷分析。根據(jù)斜拉索索力極值和疲勞損傷進(jìn)行預(yù)警。濕度和風(fēng)及車輛荷載對瑯岐大橋模態(tài)參數(shù)的影響，獲得真實(shí)的模態(tài)參數(shù)。上，對瑯岐大橋的有限元模型進(jìn)行修正；結(jié)合損傷識有限元模型的局部單元進(jìn)行深入分析；采用修正的濕度等荷載和環(huán)境施加在有限元模型上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)對未安裝傳感器但結(jié)構(gòu)反應(yīng)較大的部位進(jìn)行提示性橋梁整體極限承載力分析，橋梁用用戶界面子系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及綜合管理系統(tǒng)最終面向用戶的產(chǎn)品，是結(jié)構(gòu)健康。向用戶展示需求分析中列舉的信息，實(shí)現(xiàn)分布式、遠(yuǎn)程訪問的方法與功能。本子系統(tǒng)具