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橋梁振動健康監(jiān)測研究

2015-08-04　

 　　1、 橋梁健康監(jiān)測的概念

 　　橋梁健康監(jiān)測的基本任務(wù)即是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁維護維修與管理決策提供依據(jù)和指導。

 　　2、 橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)容

 　　2.1施工階段的健康監(jiān)測內(nèi)容

 　　大跨橋梁結(jié)構(gòu)由于在施工階段受到施工荷載或自然環(huán)境因素的影響而使結(jié)構(gòu)變形或受力與成橋狀態(tài)的設(shè)計要求不符，因此為確保施工中橋梁結(jié)構(gòu)的安全和保證結(jié)構(gòu)物的外形和內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計要求，需在施工中對其進行健康監(jiān)測。其監(jiān)測的主要內(nèi)容有：

 　?。?） 幾何形態(tài)檢測。主要是獲取已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)實際幾何形態(tài)參數(shù)，如高程、跨度、結(jié)構(gòu)或纜索的線形、構(gòu)造物的變形和位移等。

 　?。?） 橋梁結(jié)構(gòu)的截面應力監(jiān)測。這是橋梁施工階段安全監(jiān)測最重要的內(nèi)容，包括混凝土應力、鋼筋應力和鋼結(jié)構(gòu)應力的監(jiān)測，它是橋梁施工過程的安全預警系統(tǒng)。

 　?。?）索力監(jiān)測。大跨徑橋梁采用斜拉橋和懸索橋等纜索承重結(jié)構(gòu)越來越普遍，斜拉橋的斜拉索、懸索橋的主纜索及吊索的索力是設(shè)計的重要參數(shù)，也是橋梁安全監(jiān)測的主要監(jiān)測內(nèi)容。

 　?。?） 預應力監(jiān)測。主要對預應力筋的張拉真實應力、預應力管道摩阻導致預應力損失以及永久預應力值進行監(jiān)測。

 　　（5） 溫度監(jiān)測。對大跨徑橋梁，特別是斜拉橋或懸索橋，其溫度效應十分明顯，斜拉橋的斜拉索隨溫度變化的伸縮，將直接影響主梁的標高；懸索橋主纜索的線形也將隨溫度而變化，此時對溫度進行監(jiān)測十分必要。

 　　（6） 下部結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。對于斜拉橋和懸索橋等特大型橋梁，其構(gòu)筑物基礎(chǔ)分布集中，荷載集度通常非常大，因而必須對地基的內(nèi)外部變形、地錨的應力以及主塔樁基的軸力等進行監(jiān)測。

 　　2.2 運營階段的健康監(jiān)測內(nèi)容

 　　（1）荷載監(jiān)測。包括風、地震、溫度、交通荷載、聲荷載等。所使用的傳感器有：風速儀——記錄風向、風速進程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得到風功率譜；溫度計——記錄溫度、溫度差時程歷史；動態(tài)地稱——記錄交通荷載流時程歷史，連接數(shù)據(jù)處理后可得交通荷載譜；強震儀——記錄地震作用；攝像機——記錄車流情況和交通事故等。

 　?。?）表面形貌監(jiān)測。監(jiān)測橋梁各部位的靜態(tài)位置、動態(tài)位置、沉降、傾斜、線形變化、位移、裂紋、斑點、凹坑等。所使用的傳感器有：位移計、傾角儀、GPS、電子測距器（EDM）、數(shù)字像機等。

 　?。?）結(jié)構(gòu)的強度監(jiān)測。監(jiān)測橋梁的應變、應力、索力、動力反應（頻率模態(tài)）、扭矩等。所使用的傳感器有：應變儀——記錄橋梁靜動力應變、應力，連接數(shù)據(jù)處理后可得構(gòu)件疲勞應力循環(huán)譜；測力計（力環(huán)、磁彈性儀、剪力銷）——記錄主纜、錨桿、吊桿的張拉歷史；加速度計——記錄結(jié)構(gòu)各部位的反應加速度，連接數(shù)據(jù)處理后可得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

 　?。?）振動監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)構(gòu)的振動、沖擊、機械導納以及模態(tài)參數(shù)等。

 　?。?）性能趨向監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)構(gòu)的各種主要性能指標等。

 　　（6）非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施。監(jiān)測支座、振動控制設(shè)施等。

 　　對于不同監(jiān)測對象，由于影響其工作性能的控制因素不同，所以監(jiān)測的物理參數(shù)各不相同。同一物理參數(shù)對不同的結(jié)構(gòu)又具有不同的靈敏度，所以效果也不同。因此，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中監(jiān)測對象的選擇是至關(guān)重要的一步。通常對于大型橋梁結(jié)構(gòu)而言，常以振動監(jiān)測、荷載監(jiān)測、強度監(jiān)測和表面形貌監(jiān)測為主要目標，且通常選擇靈敏度高的特征參數(shù)或幾種參數(shù)聯(lián)合使用作為監(jiān)測對象。完善的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)可以驗證橋梁設(shè)計理論、施工質(zhì)量，監(jiān)測結(jié)構(gòu)局部和整體服役狀態(tài)、監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷、抗力衰減及其演化規(guī)律，識別結(jié)構(gòu)損傷及其位置。進行橋梁安全性、耐久性評定與預測以及橋梁安全事故預警等。但在相當長的時期內(nèi)，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)還不能完全取代傳統(tǒng)的人工檢查，而只是配合人工檢查，但對于大跨橋梁來說，有了可靠的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，可縮小人工檢查的范圍，加快損傷識別速度。

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