桥梁在长期的使用中,由于气候、环境等自然因素的作用,日益增加的交通流量及重车、超重车过桥数量的不断增加,随着桥龄的不断增长,桥梁结构的不断老化,因此其安全性也在逐步发生退化。导致桥梁结构发生破坏和功能退化的原因是多方面的,有些桥梁的破坏是人为因素造成的,但大多数桥梁的破坏和功能退化是自然因素造成的。自然原因中,循环荷载作用下的裂缝失稳扩展是造成许多桥梁结构发生灾难性事故的主要原因。为确保桥梁结构的结构安全,实现安全的运行,实施合理的维修计划,建立桥梁结构健康监测系统是非常必要的。通过健康监测发现桥梁早期的病害,既能保障行车安全,又能大大节约桥梁的维修费用。
目前桥梁结构长达数公里到数十公里,对这钟长距离和大面积的监测对象,传统的检测和监测技术和方法一般无能为力。桥梁结构监测系统主要采用电气探测器或远程空间光路系统,而电气探测器在长时间户外工作后,很容易电气老化、高低温失效而无法进行工作;远程光路系统只能采用间歇性测量,无法实时进行检测隧道结构情况。随着光纤光栅传感技术的不断发展和应用,特别是智能光纤光栅传感技术的不断成熟,长距离,大面积的实时在线健康监测已经完全可以在桥梁结构的健康监测中大展宏图。
光纤光栅健康监测技术优势:
1. 抗强电磁干扰,稳定性高,能在恶劣的自然环境中长期稳定工作
2. 避免了电信号传感器的零点漂移和电阻误差,精度高,响应速度快;
3. 实现综合实时在线监测,可以大面积长距离布点,易组成一套完整的智能传感网络,且布线工作量大大减少。
4. 远程传输,桥梁现场和控制室直接通过光缆传输,无需中继,易于维护管理。
桥梁健康监测系统主要监测以下内容:
主梁挠度测、桥墩沉降等几何线性监测;
箱梁、拱肋应力、应变监测,截面的应力分布等;
温度、温度分布监测;
桥梁振动监测;
风荷载监测、车辆荷载监测;
吊杆索力、锚索张力、斜拉索监测;
地下连续墙的垂直沉降、平面位移、纵向变形、墙体钢筋应力;
河水及冰块对桥墩的冲击等
桥梁健康监测传感器布置示意图
桥梁监测主要分两个阶段
1、施工阶段,一方面是施工监控,确保施工安全,另一方面主要是对需要监测的关键部位进行预埋,比如预埋埋入式应变计、钢筋计、索力计等,确保在成桥后能对桥体的内部系统进行长期监测。
2、成桥后运营阶段,桥梁成桥后,随着运行时间增长,材料性能老化以及结构性能的退化,需要从一开始就应监测各有关部位的变形、应力、裂缝等数据,并与基准状态进行比较,以便对桥梁的实际状态进行科学评估。
主要应用探测器分类
桥梁形变监测: 光纤光栅位移传感器、光纤光栅倾斜传感器、光纤光栅沉降传感器。
桥梁振动监测:光纤光栅加速度传感器。
桥墩渗流监测:光纤光栅土压计、光纤光栅渗压计
桥梁应变监测:光纤光栅应变传感器、光纤光栅钢筋计、光纤光栅索力计
温度监测:光纤光栅温度计