小议桥梁健康监测系统的新概念与设计_工程管理

1、小议桥梁健康监测系统的新概念与设计近年来,随着我国经济的飞速进展,交通运输日渐繁忙,作为大路交通咽喉的桥梁的地位日益突出。桥梁设计理论的验证以及对桥梁结构和结构环境未知问题的调查与讨论扩充了桥梁健康监测的内涵。对桥梁结构进行综合检测的最终目的是为了使桥梁管理人员对桥梁结构的当前状况有一个正确的熟悉。这就要求管理系统具有实时监测和智能化的自行评估的功能。一、桥梁健康监测新概念桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状态的监控与评估,为大桥在特别气候、交通条件下或桥梁运营状况严峻特别时触发预警信号,为桥梁维护潍修与管理决策供应依据和指导。为此,监测系统对以下几个方面进行监控:1、桥梁结构在正常环境

2、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(加支座)和附属设施(如振动掌握元件)的工作状态;3、结构构件耐久性;4、大桥所处环境条件;等等。与传统的检测技术不同,大型桥梁健康监测不仅要求在测试上具有快速大容量的信息采集与通讯力量,而且力求对结构整体行为的实时监控和对结构状态的智能化评估。然而,桥梁结构健康监测不仅仅只是为了结构状态监控与评估。由于大型桥梁(尤其是斜拉桥、悬索桥)的力学和结构特点以及所处的特定环境,在大桥设计阶段完全把握和猜测结构的力学特性和行为是特别困难的。大跨度索交承桥梁的设计依靠于理论分析并过风洞、振动台模拟试验猜测桥梁的动力性能并验证其动力平安性。然而,结构

3、理论分析常基于抱负化的有限元离散模型,并且分析时常以许多假定条件为前提。在进行风洞或振动台试验时对大桥的风环境和地面运动的模拟也可能与真实桥位的环境不全相符。因此,通过桥梁健康监测所获得的实际结构的动静力行为来验证大桥的理论模型、计算假定具有重要的意义。事实上,国外一些重要桥梁在建立健康监测系统时都强调利用监测信息验证结构的设计。还应看到,桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思,它还可能并应当成为桥梁讨论的“现场试验室”。尽管桥梁抗风、抗震领域的讨论成果以及新材料新工艺的消失不断推动着桥梁的进展,但是,大跨度桥梁的设计中还存在许多未知和假定,超大跨度桥梁的设计也有很多问题需

4、要讨论。同时,桥梁结构掌握与健康评估技术的深化讨论与开发也需要结构现场试验与调查。桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的讨论供应了新的契机。由运营中的桥梁结构及其环境所获得的信息不仅是理论讨论和试验室调查的补充,而且可以供应有关结构行为与环境规律的最真实的信息。另外,桥梁振动掌握与健康评估技术的开发与应用性也需要现场试验与调查。二、健康监测系统设计1、监测系统设计准则明显,监测系统的设计应当首先考虑建立该系统的目的和功能。上节所述的桥梁健康监测三方面的意义也正是桥梁健康监测的目的和功能所在。对于特定的桥梁,建立健康监测系统的目的可以是桥梁监控与评估,或是设计验证,甚至以讨论进展为目

5、的;也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系统的目的确定,系统的监测项目就可以基本上确定。另外,监测系统中各监测项目的规模以及所采纳的传感仪器和通信设备等的确定需要考虑投资的限度。因此在设计监测系统时必需对监测系统方案进行成本-效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的监测系统的前提。依据功能要求和成本-效益分析可以将监测项目和测点数设计到所需的范围,可以最优化地选择并安装系统硬件设施。因此,功能要求和效益-成本分析是设计桥梁健康监测系统的两大准则。2、监测项目不同的功能目标所要求的监测项目不尽相同。因此,对于大跨度余支承桥梁,必要较多的传感器布置于桥塔、加劲梁以及缆索/拉索各部位,以获得较为具体

6、的结构动力行为并验证结构设计时的动力分析模型和响应猜测。另外,在支座、挡块以及某些连结部位须安设传感器拾取反映其传力、约束状况等的信息。目前,某些监测系统以开发结构整体性与平安性评估技术为目的之一。结合桥梁问题讨论的监测系统虽不多见,但有些系统也有监测项目是专为讨论服务的。与理论讨论相关的监测项目可以依据待讨论问题的性质来确定。从目前桥梁工程的进展状况看,以下几方面的问题可以借助桥梁健康监测进行深化讨论或论证。(1)抗风方面:包括风场特性观测、结构在自然风场中的行为以及抗风稳定性。(2)抗震方面:包括讨论各种场地地面运动的空间与时 间变化、土-结构相互作用、行波效应、多点激励对结构响应的影响等

7、。通过对墩顶与墩底应变、变形及加速度的监测建立恢复力模型对桥梁的抗震分析具有重要的意义。(3)结构整体行为方面:包括讨论结构在强风、强地面运动下的非线性特性,桥址处环境条件变化对结构动力特性、静力状态(内力分布、变形)的影响等。这对于进展基于监测数据的整体性评估方法特别重要。(4)结构局部问题:例如边界、联接条件,钢梁焊缝疲惫及其他疲惫问题,结合梁结合面(包括剪力键)的破坏机制,等等。索支承桥梁缆(拉)索和吊杆的振动与减振、局部损伤机制等也值得进一步观看讨论。(5)耐久性问题:桥梁结构中的耐久性问题尚有很多问题必要深化讨论。缆(拉)索与吊杆的腐蚀、锈蚀问题尤须重视。(6)基础:大直径桩的采纳也

8、带来一些设计问题,直接套用原先用于中等直径桩的计算方法不很合理。借助桥梁监测系统调查大直径桩的变形规律、讨论桩的承载力问题,也是设计部门的需要。三、桥梁健康监测意义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,为工程在特别气候、交通条件下或运营状况严峻特别时发出预警信号,为桥梁维护、修理与管理决策供应依据和指导。为此,监测系统通常对以下几个方面进行监控: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;桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态;结构构件耐久性;工程所处环境条件等等。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,在大桥设计阶段平安把握和猜测其力学特性和行为特性是特别困难的。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