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桥梁道路健康监测系统(光纤光栅)

一． 桥梁结构健康监测重要性

摘要：近年来，国内发生的几起大桥坦塌和局部破坏事故，使人们逐渐认识到桥梁结构健康监测的必要性和迫切性。

1桥梁结构健康监测的必要性和迫切性
自20 世纪50年代以来，桥梁健康监测的重要性就逐渐被认识，但受检测、监测手段比较落后的限制，在应用上一直未得到推广和重视。近年来随着大跨径桥梁的轻柔化 及形式与功能的复杂化，这项技术成为国内外学术界、工程界的研究热点。许多国家都在一些已建和在建的大跨桥梁上进行了有益的尝试：丹麦曾对总长 1  726  m的Faroe跨海斜拉桥进行施工阶段及通车首年的监测，另外，他们在主跨1  624  m的Great  Belt  East悬索 桥上也开始了相关的尝试；泰国与韩国目前也已开始在重要桥梁上安装永久性的实时结构整体与安全性报警设备；香港的青马大桥、内地的虎门大桥、徐浦大桥、江 阴大桥等在施工阶段也已开始传感器的安装，以备将来运营期间的实时监测。这种技术的成功开发与应用将起到确保桥梁安全运营、延长桥梁使用寿命的作用。同时 通过早期桥梁病害的发现能大大节约桥梁的维修费用，可以避免最终频繁大修关闭交通所引起的重大损失。
  近年来，国内发生的几起大桥坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由于构件疲劳加之监测养护措施跟不上，从而严重影响构件的承重能力和结构的使用。因此，对桥梁结构健康监测非常必要和迫切。
工 程结构一般会受到两种损伤——突发性损伤和累积性损伤。突发性损伤由突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值；累积损伤则有缓慢积累的性质，达一 定程度会引起破坏，影响安全和使用。健康检测能够在突发性损伤发生时，及时做出判断和警报，以便采取处理措施，防止发生进一步的破坏和引发其它事故；对于 累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采取相应措施。
  桥梁结构的健康监测包括桥梁结构的局部检测和桥梁整体的健康监测。局部检测主要，包括目检、混凝土表面硬度试验。整体检测分三个层次，即：损伤是否发生、损伤发生位置和损伤发生程度。这种思想源于航空航天领域，并在机构领域得到发展，现在逐渐应用到了土木工程领域。
2桥梁健康监测意义
2.1  监控与评估
     桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策 提供依据和指导。为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控：①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；②桥梁重要非结构构件和附属设施的 工作状态；③结构构件耐久性；④工程所处环境条件等等。
2.2  设计验证
    由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在 大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的。因此，通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有 重要意义。不仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。
2.3  研究与发展
    桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。
二．监测系统简介
整个 光纤光栅桥梁监测 系统由光纤光栅传感器、传输光缆、光纤光栅传感分析仪、以太网交换机和服务器组成。
光传感网络分析仪：主要功能是收集由传感器传来的数据；进行读数的信号调理、采集数据的初步处理和储存；
然后通过光缆传到监测中心的数据处理和分析系统。
传感器系统：在整个桥梁安装传感器及有关附件，包括：温度传感器、位移计、应变计等附件。
传输系统：站点的设立、安全监测局域网、与其他局域网或主干网的连接。
系统功能
桥梁安全监测系统主要包括如下几个方面的功能：
·报告桥梁的工作温度环境；
·报告桥梁的主要构件的实际内力分布和振动状况；
·报告桥梁的主要构件是否有损害或累积性损坏；
·并且给桥梁的营运管理和维修决策者提供桥梁的警告信息；
·根据对桥梁整体结构模型的优化分析；
主要监测内容
桥梁健康监测系统主要监测以下内容，包括：
·主跨纵向横向竖向位移；
·主跨钢箱梁的位移、截面的应力分布、温度等；
·锚室主缆索股拉力；
·部分吊索拉力；
·斜拉索拉力；
·钢箱梁截面内部应力监测；
·地下连续墙的垂直沉降、平面位移、纵向变形、墙体钢筋应力；
·监测风载荷引起的桥梁振动；
·温度引起的桥梁应力；
·交通载荷引起的应力及振动；
·河水及冰块对桥墩的冲击等