大型橋梁的健康監(jiān)測

第13章 大型橋梁的健康監(jiān)測 教學目標 了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成 掌握橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容及所使用的儀器設(shè)備 了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容。 教學要求 知識要點 能力要求 相關(guān)知識 橋梁健康監(jiān)測概論 (1) 了解橋梁健康監(jiān)測的概念、意義以及作用 (2) 了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成 (3) 了解橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)容 橋梁健康監(jiān)測技術(shù) (1) 掌握GPS監(jiān)測系統(tǒng) (2) 掌握實驗模態(tài)分析法 (3) 掌握結(jié)構(gòu)損傷檢測定位技術(shù) 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 (1) 了解設(shè)計準則和測點布置 (2) 了解監(jiān)測項目 橋梁工程中，大型橋梁的健康狀態(tài)直接影響橋梁的使用運營。大型橋梁的健康監(jiān)測能夠適時的了解橋梁的運營狀況，及時發(fā)現(xiàn)橋梁病害，確定橋梁損傷是否發(fā)生并定性和定量地確定其發(fā)生部位及損傷程度，同時橋梁的健康監(jiān)測能夠驗證橋梁設(shè)計理論及計算假定的正誤，并對橋梁的研究與發(fā)展提供實踐依據(jù)。通過本章學習，了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成，掌握橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容及所使用的儀器設(shè)備，了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容。 13.1 橋梁健康監(jiān)測概論 概 念 通過先進的監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和整體行為進行實時監(jiān)控，對結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進行診斷，對橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行智能評估，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，為橋梁的維修、養(yǎng)護與管理決策提供科學的依據(jù)和指導。 意義和作用 （1）評估和預警 （2）設(shè)計驗證 （3）研究與發(fā)展 基本組成 （1）傳感系統(tǒng)。由傳感器、二次儀表及高可靠性的工控機等部分組成。 （2）信號采集與處理系統(tǒng)。實現(xiàn)多種信息源、不同物理信號的采集與預處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對數(shù)據(jù)進行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲起來。 （3）通信系統(tǒng)。將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。 （4）監(jiān)控中心。利用可實現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進行診斷，包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成及其工作流程圖 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及使用的傳感器 （1）環(huán)境監(jiān)測(包括溫度、濕度、有害氣體等)。主要目標在于監(jiān)測橋梁所處的物理化學環(huán)境，從而為隨后的橋梁耐久性評估提供原始數(shù)據(jù)。 所使用的傳感器有： ①電阻式溫度計—記錄溫度、溫差時程歷史； ②濕度計—記錄環(huán)境的濕度； ③酸性氣體監(jiān)測儀—監(jiān)測橋梁周圍空氣中的CO，CO2，SO和CL-的濃度； ④酸堿度(PH值)傳感器—測量橋梁周圍水體中的PH值； ⑤鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置—監(jiān)測鋼筋、鋼材銹蝕前后的電位變化，準確預測銹蝕的發(fā)生、發(fā)展情況。 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及使用的傳感器 （2）荷載。包括風、地震、溫度、交通荷載等。 所使用的傳感器有: ①風速儀—記錄風向、風速進程歷史，連接數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)后可得風功率譜； ②溫度計—記錄溫度、溫度差時程歷史； ③動態(tài)地秤—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； ④強震儀—記錄地震作用； ⑤攝像機—記錄車流情況和交通事故。 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及使用的傳感器 （3）幾何監(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、位移等。 所使用的傳感器有：位移計、傾角儀、GPS、電子測距器、數(shù)字照像機等。 （4）結(jié)構(gòu)的靜動力反應。監(jiān)測橋梁的位移、轉(zhuǎn)角、應變應力、索力、動力反應(頻率模態(tài))等。 所使用的傳感器有： ①應變儀—記錄橋梁靜動力應變應力，連接數(shù)字處理后可得構(gòu)件疲勞應力循環(huán)譜； ②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； ③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)。 （5）非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施。支座、振動控制設(shè)施等。 13.2 健康監(jiān)測技術(shù) GPS監(jiān)測系統(tǒng) 1.基本概念 2.位移監(jiān)測原理 13.2 健康監(jiān)測技術(shù) GPS監(jiān)測系統(tǒng) 3.技術(shù)特點 （1）GPS監(jiān)測站之間勿需通視，可以實現(xiàn)不同測點間的同步觀測； （2）GPS觀測工作可以在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，受外界大氣影響小； （3）GPS測定位移自動化程度高。 （4）GPS定位速度快、精度高。 結(jié)構(gòu)損傷檢測定位技術(shù) 模式識別法 模型修正法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 遺傳算法 13.3 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計準則和測點布置 （1）監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應首先考慮建立該系統(tǒng)的目的和功能。對于特定的橋梁，建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的可以是橋梁監(jiān)控與評估，或是設(shè)計的驗證，甚至是以研究發(fā)展為目的。因此，一旦系統(tǒng)的目的和功能確定，系統(tǒng)的監(jiān)測項目也就能確定。 （2）系統(tǒng)投資額的限度。監(jiān)測系統(tǒng)中各監(jiān)測項目的規(guī)模

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