小議橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新概念與設(shè)計(jì)_工程管理

1、小議橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新概念與設(shè)計(jì)近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速進(jìn)展,交通運(yùn)輸日漸繁忙,作為大路交通咽喉的橋梁的地位日益突出。橋梁設(shè)計(jì)理論的驗(yàn)證以及對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)環(huán)境未知問題的調(diào)查與討論擴(kuò)充了橋梁健康監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合檢測(cè)的最終目的是為了使橋梁管理人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀況有一個(gè)正確的熟悉。這就要求管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能化的自行評(píng)估的功能。一、橋梁健康監(jiān)測(cè)新概念橋梁健康監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)涵即是通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估,為大橋在特別氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)峻特別時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào),為橋梁維護(hù)濰修與管理決策供應(yīng)依據(jù)和指導(dǎo)。為此,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控:1、橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境

2、與交通條件下運(yùn)營(yíng)的物理與力學(xué)狀態(tài);2、橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(加支座)和附屬設(shè)施(如振動(dòng)掌握元件)的工作狀態(tài);3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性;4、大橋所處環(huán)境條件;等等。與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)不同,大型橋梁健康監(jiān)測(cè)不僅要求在測(cè)試上具有快速大容量的信息采集與通訊力量,而且力求對(duì)結(jié)構(gòu)整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。然而,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)不僅僅只是為了結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與評(píng)估。由于大型橋梁(尤其是斜拉橋、懸索橋)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境,在大橋設(shè)計(jì)階段完全把握和猜測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是特別困難的。大跨度索交承橋梁的設(shè)計(jì)依靠于理論分析并過風(fēng)洞、振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)猜測(cè)橋梁的動(dòng)力性能并驗(yàn)證其動(dòng)力平安性。然而,結(jié)構(gòu)

3、理論分析?；诒ж?fù)化的有限元離散模型,并且分析時(shí)常以許多假定條件為前提。在進(jìn)行風(fēng)洞或振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)對(duì)大橋的風(fēng)環(huán)境和地面運(yùn)動(dòng)的模擬也可能與真實(shí)橋位的環(huán)境不全相符。因此,通過橋梁健康監(jiān)測(cè)所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來(lái)驗(yàn)證大橋的理論模型、計(jì)算假定具有重要的意義。事實(shí)上,國(guó)外一些重要橋梁在建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)都強(qiáng)調(diào)利用監(jiān)測(cè)信息驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。還應(yīng)看到,橋梁健康監(jiān)測(cè)帶來(lái)的將不僅是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和對(duì)某特定橋梁設(shè)計(jì)的反思,它還可能并應(yīng)當(dāng)成為橋梁討論的“現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室”。盡管橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的討論成果以及新材料新工藝的消失不斷推動(dòng)著橋梁的進(jìn)展,但是,大跨度橋梁的設(shè)計(jì)中還存在許多未知和假定,超大跨度橋梁的設(shè)計(jì)也有很多問題需

4、要討論。同時(shí),橋梁結(jié)構(gòu)掌握與健康評(píng)估技術(shù)的深化討論與開發(fā)也需要結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與調(diào)查。橋梁健康監(jiān)測(cè)為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的討論供應(yīng)了新的契機(jī)。由運(yùn)營(yíng)中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論討論和試驗(yàn)室調(diào)查的補(bǔ)充,而且可以供應(yīng)有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實(shí)的信息。另外,橋梁振動(dòng)掌握與健康評(píng)估技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用性也需要現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與調(diào)查。二、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則明顯,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)首先考慮建立該系統(tǒng)的目的和功能。上節(jié)所述的橋梁健康監(jiān)測(cè)三方面的意義也正是橋梁健康監(jiān)測(cè)的目的和功能所在。對(duì)于特定的橋梁,建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的可以是橋梁監(jiān)控與評(píng)估,或是設(shè)計(jì)驗(yàn)證,甚至以討論進(jìn)展為目

5、的;也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系統(tǒng)的目的確定,系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目就可以基本上確定。另外,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的規(guī)模以及所采納的傳感儀器和通信設(shè)備等的確定需要考慮投資的限度。因此在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)必需對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案進(jìn)行成本-效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前提。依據(jù)功能要求和成本-效益分析可以將監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)到所需的范圍,可以最優(yōu)化地選擇并安裝系統(tǒng)硬件設(shè)施。因此,功能要求和效益-成本分析是設(shè)計(jì)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兩大準(zhǔn)則。2、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不同的功能目標(biāo)所要求的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不盡相同。因此,對(duì)于大跨度余支承橋梁,必要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/拉索各部位,以獲得較為具體

6、的結(jié)構(gòu)動(dòng)力行為并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的動(dòng)力分析模型和響應(yīng)猜測(cè)。另外,在支座、擋塊以及某些連結(jié)部位須安設(shè)傳感器拾取反映其傳力、約束狀況等的信息。目前,某些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以開發(fā)結(jié)構(gòu)整體性與平安性評(píng)估技術(shù)為目的之一。結(jié)合橋梁?jiǎn)栴}討論的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖不多見,但有些系統(tǒng)也有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是專為討論服務(wù)的。與理論討論相關(guān)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可以依據(jù)待討論問題的性質(zhì)來(lái)確定。從目前橋梁工程的進(jìn)展?fàn)顩r看,以下幾方面的問題可以借助橋梁健康監(jiān)測(cè)進(jìn)行深化討論或論證。(1)抗風(fēng)方面:包括風(fēng)場(chǎng)特性觀測(cè)、結(jié)構(gòu)在自然風(fēng)場(chǎng)中的行為以及抗風(fēng)穩(wěn)定性。(2)抗震方面:包括討論各種場(chǎng)地地面運(yùn)動(dòng)的空間與時(shí) 間變化、土-結(jié)構(gòu)相互作用、行波效應(yīng)、多點(diǎn)激勵(lì)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響等

7、。通過對(duì)墩頂與墩底應(yīng)變、變形及加速度的監(jiān)測(cè)建立恢復(fù)力模型對(duì)橋梁的抗震分析具有重要的意義。(3)結(jié)構(gòu)整體行為方面:包括討論結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)下的非線性特性,橋址處環(huán)境條件變化對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、靜力狀態(tài)(內(nèi)力分布、變形)的影響等。這對(duì)于進(jìn)展基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整體性評(píng)估方法特別重要。(4)結(jié)構(gòu)局部問題:例如邊界、聯(lián)接條件,鋼梁焊縫疲憊及其他疲憊問題,結(jié)合梁結(jié)合面(包括剪力鍵)的破壞機(jī)制,等等。索支承橋梁纜(拉)索和吊桿的振動(dòng)與減振、局部損傷機(jī)制等也值得進(jìn)一步觀看討論。(5)耐久性問題:橋梁結(jié)構(gòu)中的耐久性問題尚有很多問題必要深化討論。纜(拉)索與吊桿的腐蝕、銹蝕問題尤須重視。(6)基礎(chǔ):大直徑樁的采納也

8、帶來(lái)一些設(shè)計(jì)問題,直接套用原先用于中等直徑樁的計(jì)算方法不很合理。借助橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)查大直徑樁的變形規(guī)律、討論樁的承載力問題,也是設(shè)計(jì)部門的需要。三、橋梁健康監(jiān)測(cè)意義1、監(jiān)控與評(píng)估橋梁健康檢測(cè)的基本內(nèi)涵是通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估,為工程在特別氣候、交通條件下或運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)峻特別時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào),為橋梁維護(hù)、修理與管理決策供應(yīng)依據(jù)和指導(dǎo)。為此,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控:橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營(yíng)的物理與力學(xué)狀態(tài);橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀態(tài);結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性;工程所處環(huán)境條件等等。2、設(shè)計(jì)驗(yàn)證由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境,在大橋設(shè)計(jì)階段平安把握和猜測(cè)其力學(xué)特性和行為特性是特別困難的。因此,通過橋梁健康檢測(cè)所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來(lái)檢驗(yàn)大橋的理論模型和計(jì)算假定具有重要意義。不僅對(duì)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)模型有驗(yàn)證作用,而且有益于新的設(shè)計(jì)理論的