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桥梁结构健康监测目录.桥梁结构健康监测的概念
1.桥梁结构健康监测系统
11.监测内容
12.
2.
2.数据传输
3.数据分析处理和控制
22.
4.大型桥梁结构健康监测系统
44.桥梁结构健康监测的现状与发展方向.
33.桥梁结构健康监测系统的意义
43.
1.桥梁结构健康监测系统的主要作用包括
43.
2.桥梁健康监测意义.
44.现有桥梁结构监测系统存在的问题
55.结语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形成
(三)研究与发展桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思,它还可能并成为桥梁研究的现场实验室由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充,而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息.现有桥梁结构监测系统存在的问题在目前已有的桥梁结构健康与安全监测系统中,明显存在监测项目种类不足,而个别监测项目规模又过于庞大,尤其在对监测数据的管理方面,还没有形成一个较为完善的数据存储与管理查询系统大量的监测数据得不到妥善的处理和利用总结现有桥梁健康与安全监测系统的不足之处,主要体现在监测系统的总体规划和桥梁结构健康监测及诊断的研究水平两个方面
(一)在监测系统的总体规划上主要有以下一些较为突出的问题1)缺乏有效实用的优化算法造成测点数量巨大,系统规模过大导致数据量大、信息大量冗余;2)监控系统与管理系统未能实现无缝连接;3)结构安全评价系统研究多基于理论范畴,缺少工程实用性的研究;4)桥梁监测系统缺乏规范性指导原则
(二)就现在桥梁结构健康监测及诊断的研究水平来看,在技术层面上也有许多问题主要表现为传感器的优化布设是桥梁结构健康监测和诊断中的一个重要问题,应该做到使用尽量少的传感器获取尽可能多的结构的健康信息开发适合桥梁结构检测的专用传感器是桥梁检测问题中的关键测量仪器的精度不够以及效率低是困扰桥梁检测的一大难题.结语桥梁结构健康监测研究涉及振动理论、传感技术、测试技术、系统辨识理论、信号分析处理、数据通信、计算机、随机过程和可靠度等多门学科,是一个系统工程经过多年来的积极探索,人们已经取得了许多成果但是由于桥梁结构受到许多不确定因素和复杂工作环境的影响,现有技术还无法满足桥梁结构健康监测的要求,因此对桥梁结构健康监测的探索还需进一步进行完善50传感系统的耐久性问题就目前而言,许多传感器的使用寿命远小于工程结构的寿命,而且更易受到破坏,而传感器的损坏则直接引起监测系统的中断监测设备在一段时期的使用后出现大量损坏的问题,如果对结构健康与安全监测系统自身的“安全”问题进行识别,以便保证其运行的准确性与安全性是非常重要的0复杂环境下的信号采集与分析问题在复杂环境下,对结构损伤敏感的参数往往被淹没,难以采集与分析,导致损伤识别不准确比如基础沉降、支座失效、预应力损失等引起的应力重分布都不可避免地对振动模态产生消极影响另外,并非所有的参数都对结构损伤敏感,这些无用的数据通常是海量的,而能反映桥梁损伤的数据往往只是一小部分,极易被淹没在海量数据中0目前对桥梁缺损状态的评价缺乏统一有效的综合性指标,由于目前桥梁缺损状态的评估标准还不完善,难以反映个别构件的缺损及严重程度对整个桥梁的影响于是出现以模糊理论、结构可靠性原理等为理论框架建立的各种桥梁结构使用性能评估专家系统,但其是否能广泛推广和运用到工程实践中去还有待于对各类桥梁工作性能的深入认识及相应规范的建立0结构系统的复杂性、增加了系统评估的难度,桥梁是由多种材料、不同结构组合而成的大型综合系统系统中各个成分应力状态易损性不一,刚度动力特性相差甚大,若用单一的动力特性变化指标去评估整体结构的状态,显然难以得到预期效果目前对大跨度桥梁的安全评估基本上仍然采用了常规中小桥梁的定级评估方法,这是一种主要围绕结构的外观状态及正常使用性能进行的定性、粗浅的评价,难以对复杂的大跨度桥梁进行整体或局部的评估0在目前已有的桥梁结构健康与安全监测系统中,明显存在监测项目种类不足,而个别监测项目规模又过于庞大,尤其在对监测数据的管理方面,还没有形成一个较为完善的数据存储与管理查询系统,大量的监测数据得不到妥善的处理和利用0传感器的优化布设是桥梁结构健康监测和诊断中的一个重要问题,应该做到使用尽量少的传感器获取尽可能多的结构的健康信息开发适合桥梁结构检测的专用传感器是桥梁检测问题中的关键桥梁健康监测系统桥梁健康监测系统一一GNSS桥梁健康监测系统一一GNSS篇一-
1、概述近年来随着我国在基础行业投入的不断扩大,桥梁建筑的复杂程度、建筑跨度也不断加大,桥梁在生命周期内的健康特性不断受到相关机关的重视,针对大桥或特大桥的安全性能尤其如此桥梁健康监测系统的构成
2、GNSS桥梁健康监测系统的构成GNSS桥梁健康监测系统由监测子系统、通信子系统、数据处理子系统、远程监控子系统以及防雷子系统组成监测子系统主要包含基准站GNSS接收机、各个监测点GNSS接收机、基准站GNSS天线、各个监测点GNSS天线、供电电源、射频电缆、通信电缆以及安装附件等,监测子系统是桥梁健康监测系统的数据源,提供实时处理和事后处理需要的所有数据;通信子系统主要包含接口分配、光电转换器、光缆续接器、通信光缆以及安装附件等,其保证监测子系统采集的数据有效可靠的传输回监控中心数据处理子系统主要包括实时处理计算机、事后处理计算机、服务器、实时处理软件、事后处理软件、数据库及后台运行平台、显示软件、分析软件、评估软件等,主要功能是完成数据处理并给出结果,为桥梁正常运营或维护提供准确的信息远程监控子系统主要是为了方便用户在远程进行数据分析、数据维护、远程响应、处理突发事件等防雷子系统主要包括避雷针、石墨接地或铜柱接地、电源浪涌保护器、射频信号浪涌保护器等,保护整个系统在恶劣雷电环境中正常工作
3、GNSS监测系统优势及其技术指标直接获取监测点的三维绝对坐标;实时计算并显示监测点的三维位移;对GNSS原始数据进行7X24小时实时或准实时差分处理,进行连续观测;数据采样速率最大可达50Hz;基线解算精度静态长基线长时间观测平面3mni+.5ppm;高程6mm+
0.5ppm;快速静态平面5mm+
0.5ppm;高程10mm+
0.5ppm;动态平面lOmm+lppni;高程20mm+lppm;通讯功能标准4个RS232串口和一个TCP/IP以太网口;遥控功能;直接使用IP方式同时分三个端口传输数据各个监测点之间无需通视;系统自动报警GNSS桥梁健康监测系统的构成框图如下图所示系统框图
4、GNSS桥梁健康监测软件GNSS桥梁健康监测软件可以根据桥梁的实际安装和具体情况定制,系统软件一般包括系统配置管理模块、系统状态监控模块、数据处理引擎模块、系统评估模块、系统显示模块、数据处理备份模块、系统日志管理模块、用户管理模块、帮助模块等等下面列举一些系统软件的界面:桥梁模型用户管理界面实时RTK数据处理界面转换七参数界面(桥梁坐标系)转换七参数界面(84-54-桥梁坐标系)桥梁坐标系实时数据曲线与列表显示界面系统监控报警界面数据显示界面桥梁健康监测系统sensor桥梁健康监测系统sensor篇——
一、桥梁健康监测系统概述随着国家对交通等公共设施安全要求标准不断提高,对重要设施(桥梁、工程机械、高速公路等)的形态变化(倾斜角度、振动、应力变化、温度、湿度)监测及信息采集的需求日益增加我公司针对智能交通基础信息采集传感器这一新兴市场的巨大潜力,在现有传感器产品发展的基础上,结合公司现有人才及技术优势,北京七维航测科技股份有限公司研制开发了桥梁健康监测系统,实现各种形态参数的监测测量,为智能交通领域安全信息监测系统提供高精度、高可靠性、快速、实时、准确的形态变化测量信息该桥梁健康监测系统根据智能交通安全信息采集的发展趋势,针对野外恶劣工作环境采用温度补偿技术及双卡槽密封的结构设计、针对高精度数据采集进行线性化补偿、针对环保采用电源稳定性及低功耗设计、针对远距离传输采用高驱动能力设计等,满足智能交通信息采集系统的需求该监测系统除了在桥梁建筑行业应用外,还可以应用于高速公路路基监测、山体滑坡监测、交通照明系统监测、工程机械等
二、桥梁健康监测系统组成及工作方式该健康监测系统由传感器(包括倾角传感器、加速度传感器、温度传感器、应力传感器、拉力传感器、压力传感器、位移桥梁结构健康监测.桥梁结构健康监测的概念交通是社会的经济命脉,桥梁是交通的咽喉,交通不畅会制约社会的经济发展,所以保障桥梁的功能性、耐久性,尤其是安全性至关重要为保证桥梁安全运行、避免严重事故发生,对桥梁结构进行健康监测应运而生,桥梁结构健康监测是以科学的监测理论与方法为基础,采用各种适宜的检验、检测手段获取数据,为桥梁结构设计方法、计算假定、结构模型分析提供验证;对结构的主要性能指标和特性进行分析,及早预见、发现和处理桥梁结构安全隐患和耐久性缺陷,诊断结构突发和累计损伤发生位置与程度,并对发生后果的可能性进行判断与预测通过对桥梁结构健康状态的监测与评估,为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号,为桥梁维护、维修与管理措施提供依据,并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏,保障和延长桥梁的使用寿命的目的.桥梁结构健康监测系统.
1.监测内容数据采集与测量的内容主要为变形(沉降、位移、倾斜)、应力、动力特性、温度、外观检测等1)变形监测采取适宜的测量手段,对桥梁主体结构关键部位的沉降、位移、倾斜量进行监测常用监测变形的方法有导线测量法、几何水准测量法、GPS测定三维位移量法、自动极坐标实时差分测量法和自动全站仪三维坐标非接触量测等2)应力监测传感器、温度传感器、湿度传感器等)、信号调理模块、传输模块、数据采集系统、健康监测模型、预警模块等组成首先各种传感器采集桥梁运行过程中的各种形态变化,经过信号调理后,通过传输模块传输回总控监测室,总控中心有大型的数据采集系统针对桥梁总体的各种信号进行采集,将采集到的信息记录并由健康监测模型分析,当桥梁变形超差、振动超差、位移超差、应力超差时,启动预警模块,为桥梁维护人员提供维修维护信息,避免桥梁因在非健康状态下使用而导致垮塌等引起的财产损失图
1.桥梁健康监测模型图
2.加速度传感器和倾角传感器
三、系统性能指标a)测量范围角度±1°;(±
3、±5°可选)加速度±2g;(±3g、±5g可选)应力-5kPa到35MPa;拉力10~2000kN;压力1〜200吨;温度一50°〜75°;湿度10%〜95%;b)信号输出范围一5vdc~+5vdc(—10vdc~+lOvdc可选)c)供电±12VDC;d)功耗小于80mW;e)预警响应时间小于5s;系统其它各项指标可向本公司索取桥梁健康监测系统一一时钟同步篇桥梁健康监测系统一一时钟同步篇时钟同步
一、系统概述桥梁构造范围很广、结构较为特殊,监测点分散在各处,很多监测项目又具有实时性的特点,例如地震、交通事故等因此对于各部位监测数据需要非常准确的时间同步,一般的数据采集技术难以达到监测要求,如果不采用一种同步技术,极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差,不仅造成监测结果的不准确,还严重影响了对桥梁健康的研究分析而通过GPS时钟同步技术完全可以避免这些问题整个采集系统分散在桥梁的各个部位桥梁按照区域划分为若干区段,在主要几个区段中安置着信号采集机站,每组采集机站均和GPS同步时钟接受器相连,GPSPPS接收器接受GPS时钟同步信号,做相应的处理得到时钟同步信采集设备接收处理后的GPS同步信号,号和绝对时间戳并发送给PXI采集设备,达到同步整个分布式采集系统
二、系统组成
1.所谓时钟同步有以下2方面含义,只有2方面都达到同步,才能称为真正的同步采集a)数据采样频率的同步,包括采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步b)时间轴上的同步,即采样点时间标签的同步
2.GPSPPS时钟同步技术的系统组成该系统主要由GPS接收器和NIPXI采集设备2大部分组成结构如图1图l.GPSPPS时钟同步系统组成图GPS同步时钟接收器的输入端连接着一个GPS信号接受天线,接受来自GPS卫星发送的时钟信号,输出端分为3部分10MPPS(PulsePerSecond)信号用于同步采集系统,作为采集系统的采样基频此信号不包含任何的时间信息,仅仅为简单的脉冲信号,脉冲间隔为10纳秒1PPS(PulsePerSecond)信号用于采集系统触发采集使用此信号是一个很简单的,不包含任何时间信息(年或月之类)的脉冲信号,以1PPS为例,每秒发生1次脉冲,每个脉冲的宽度通常为100毫秒,PPS信号是一种较为简单的同步技术,但其效果却不亚于任何复杂的同步时钟信号绝对时间(GMT)信号用于替代采集系统自身的时间标签此信号采用NEMA标准,表现形式为GMT时间,以字符串方式显示例如“
06.001-..其中第一部分为年份,第二部分为年中天数,第三部分为一天的具体时间,精确到秒级PXI采集设备采用NIPXI104518槽机箱,NIPXI8187主控制器为主,采集卡为NIPXI
6652、
6602、4472B其中PXI6652时钟同步模块采用NI提供的SMB(类似BNC同轴电缆的接口)接口于GPS接收器的10MPPS输出端相连,接收10MPPS时钟信号,并且将此时钟信号进行分频,把分频后的时钟信号提供到PXI机箱背板,提供给高速同步采集卡PXI4472B作为采样时钟频率PXI6602计数器采用接线段子板与GPS接收器的1PPS输出端相连,需要同时接入2个输入端口,都接收1PPS信号,第一个输入端收到信号后,按1PPS频率进行计数,并设定采集时间,当达到采集的起始时间,PXI6602提供触发信号,触发PXI4472B开始采集;第二个输入端的1PPS频率脉冲为4472B提供相位同步触发脉冲PXI8187控制器的标准RS232串口与GPS接收器的绝对时间输出端相连,接收GPS接收器提供的绝对时间信息,并计算每个采样点的时间间隔+触发开始的绝对时间来获取该采样点的绝对时间标签
3.采用NILABVIEW虚拟仪器编写可视性较高的数据采集及处理软件健康监测在桥梁工程中的应用中国桥梁建设取得的成就作为四大文明古国的一员,中国有着极其悠久和灿烂的文化在桥梁工程领域,我国在周秦时期,梁索浮三种桥型就已经基本具备;两汉时期,以栈桥建设为主;隋唐时期,技术日益成熟,达到飞跃;两宋时期,全面开展,大规模进行;元明清时期,日趋鼎盛,清朝中后期技术开始落后与同期世界水平相比,我国在相当长的历史时间内一直处于世界先进水平,建造了无数的各式桥梁,并有大量的优秀作品传世至今始建于公元605-616年的赵州桥,不仅是我国而且也是世界上现存最早、保存最完整的空腹式石拱桥,对世界后代的桥梁建筑有着十分深远的影响它横跨于赵县汶河之上,是一座大拱两端叠加分流用小拱的敞肩单孔弧形石桥,由28道石拱券纵向并列砌筑而成,其建筑结构之奇特,自古有“奇巧固护,甲于天下”的美称,1991年,赵州桥被美国土木工程师学会选定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”有着“世上无桥长此桥”美誉的安平桥建于800多年前的南宋时期,全长两千多米,不仅是我国最长的石梁桥,也是世界上最长的石梁桥另外还有位列中国三大古代名桥之首卢沟桥;在世界造桥史上开创性采用筏型基础及种蛎固基的洛阳桥(又称万安桥);跨径达到103米的泸定桥;作为中国乃至世界上最早的一座开关活动式大石桥的广济桥等等时值近代钱塘江大桥,武汉长江大桥,南京长江大桥吹响了我国向现代化桥梁大国进军的号角据不完全统计,截止2009年底,我国已建成公路、铁路、公铁两用桥梁总数已达60余万座,仅在长江、黄河上就有250余座其中,长江及其支流沱沱河、通天河、金沙江上有近130座,黄河上有120余座在已建成的斜拉桥、悬索桥、拱桥、梁桥中,分别位居世界同类型桥梁跨径排行榜前十名之列的有24座,占60%其中斜拉桥6座,苏通长江大桥(主跨1088nl钢箱)、香港昂船洲大桥(主跨1018nl分离钢箱)分别位居第
一、第二;悬索桥4座,舟山西垠门大桥(主跨1650m分体式钢箱;为世界首座)、润扬长江大桥(主跨1490m钢箱)分别位居第
二、第四;拱桥8座,重庆朝天门长江大桥(主跨552m连续钢桁系杆拱)、上海卢浦大桥(主跨550m钢箱提篮系杆拱)分别位居第
一、第二;梁桥6座,重庆石板坡长江大桥(主跨330m钢一混凝土混合刚构一连续)位居第一跨海桥梁中的宁波杭州湾大桥总长36Km为跨海桥梁世界之最;东海大桥总长
32.5Km;舟山大陆连岛工程总长
54.68Km;上海长江隧桥工程南隧北桥,隧道长度
8.9Km、桥长
10.3Km为世界迄今为止最大的隧桥结合工程不管什么形式的桥梁,其基本材料大多可归为石材,木材,混凝土,钢材等类型,而这些材料在耐久性方面均存在不同程度的问题,需要给予特别关注所以随着我国桥梁建设高潮的来临,对重要桥梁运营状况进行实时监测显得愈发迫切,加上国际桥梁领域最新发展动态的引导,桥梁健康监测日益成为国内发展的一大热点桥梁健康监测系统发展简介虽然健康监测是最近一二十年才兴起的一个技术方向,但追寻历史我们发现结构监测概念古已有之在中国,古塔上通常安装有各种各样的铃铛,而这些铃铛就兼具结构强烈晃动时提醒游人撤离的预警功能另外,中国的监测传感技术也源远流长汉代的古籍中就有大气温度和风速风向测量的记载而1969年,Lifshitz和Rotem所写的论文则被视为阐述现代结构健康监测理念一一通过动力响应监测评估结构健康状态——的第一篇论文;由此,桥桥梁运营状态中主体结构的应力变化是由于主体结构的外部条件和内部状态变化引起的外部条件主要有动荷载、气候、侵蚀、撞击和其他突发事件的作用等,而内部状态有混凝土的收缩徐变、温度变化及预应力损失等应力监测数据可以定量性地反映出桥梁主体结构的内应力变化和性能变化情况3)动力特性监测桥梁结构的动力特性与桥梁结构的刚度、质量、阻尼值及其分布有关,动力监测是在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的条件下进行,主要对桥梁结构由桥址处风荷载、水流等随机荷载激振引起的微小振动响应进行测定检测项目主要为主体结构的自振频率、振1梁健康监测在世界范围内蓬勃发展起来在工程领域1987年,英国在总长522m的三跨连续钢箱梁桥Foyle桥上布设传感器监测大桥运营阶段在车辆与风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应,该系统是最早安装的较为完整的健康监测系统之一挪威的Skamsundet斜拉桥,丹麦的Faroe跨海斜拉桥和主跨1624m的GreatBeltEast悬索桥,加拿大的Confederation连续刚构桥,日本的明石海峡大桥等大跨桥梁上也相继安装了监测系统;1997年,香港的青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥等三座大桥上安装了风和结构监测系统随后,内地的东海大桥、虎门大桥、徐浦大桥、江阴长江大桥等桥梁上也建立了不同规模的结构监控系统在学术领域1988年在日本东京举行的第九届世界地震工程会议(9WCEE)上,首次在国际范围内讨论土木工程主动控制1994年,国际结构控制学会(IASC)正式成立,同年召开第一届国际结构控制会议(1stWorldConfonStructuralControl)O为了应对形势发展的需要,2006年以后,国际结构控制学会(IASC)会议改名为国际结构控制与监测会议WorldConfonStructuralControlandMonitoringo健康监测主要研究进展综合桥梁健康监测的发展历史和现状来看,主要有以下技术难题和研究进展第一,健康监测系统总体设计健康监测系统的总体设计原则包括以下几项1根据桥梁结构易损性分析的结果及养护管理的需求进行监测点的布设;2从结构安全性、耐久性、使用性的需求出发对结构进行监测,采用实时监测和定期监测相结合的方法,力求用最少的传感器和最小的数据量完成工作;3以结构位移监测为主,以力、应力、模态分析为辅助监测内容主要是荷载源、系统特性和结构响应目前对于健康监测系统的设计更主要的是基于经验和项目经费的限制来确定传感器系统得设计,而没有一种确定性标准来进行传感器系统的设计,同时对需要通过健康监测系统获得哪些能够对结构的状态评估发挥关键作用的数据还没有明确的方法第二,传感传输技术传统传感测试技术易受干扰、传输导线过长等缺点已不再满足桥梁健康监测的发展要求,加上现代科技支撑,近年来发展起来了许多新型的传感技术,其中以光纤传感、无线传感、GPS技术和Internet数据通信技术为主要技术代表关于传感器优化布置的问题也愈发引起人们的关注,传感器的类型、数量和布置位置对监测效果有着非常大的关系,客观条件中传感器的数量总是有限的,如何将有限的传感器合理布置以发挥其最大的效用是是健康监测的关键技术之一,也是以后大力发展的方向之一第三,数据融合技术多传感器数据融合技术以其强大的时空覆盖能力和对多源不确定性信息的综合处理能力,可以有效地进行结构系统的监测和诊断目前已经发展起来的数据融合技术主要有加权平均、卡尔曼滤波、贝叶斯估估计、统计决策理论、证据理论、模糊推理、神经网络现有健康监测系统多停留在数据采集和简单数据分析阶段,同时桥梁健康监测系统会产生大量测试数据,对这些测试数据与信息进行整合与解释,以及对结构真实状态的进行合理评估仍存在很大困难第四,系统与损伤识别理论研究目前主要的研究方法有基于振动的结构损伤识别方法和模型修正方法结构损伤识别作为结构状态评估的重要组成部分,是近年来健康监测方向的研究热点之一,出现了如基于结构频率、位移模态、应变模态、曲率模态、应变能、刚度、柔度、能量法、频响函数等一系列损伤识别方法而模型修正方法主要是基于运动方程、测试结果和有限元模型构造约束优化问题不断修正结构刚度、质量和阻尼分布,使其响应尽可能的接近实际响应结构的模型修正能够为健康监测提供基准模型,同时也为基于测试结果的反演进行结构损伤识别和性能模拟提供了很好的基础第五,结构健康状态评估结构状态评估方法主要是运用可能获得的反映结构性能的内部信息对结构的施工运营等工作状态进行评估,目前主要有可靠度理论、层次分析法、模糊理论、神经网络以及专家系统等健康监测系统的结构状态评估需要从结构监测的大量数据中提取能够反映结构特性的特征,以完成对结构实时和定期的评估,而这其中必然会涉及到结构数据的特征提取、数据融合及性能决策等方面,但目前这个方面所作的工作较少桥梁健康监测实例--东海大桥东海大桥工程2002年6月26日正式开工建设,历经35个月的艰苦施工,于2005年5月25日实现结构贯通,是我国第一座真正意义上的跨海大桥东海大桥起始于上海南汇区芦潮港,北与沪芦高速公路相连,南跨杭州湾北部海域,直达浙江嫌泗县小洋山岛,全长约
32.5公里,其中陆上段约
3.7公里,芦潮港新大堤至大乌龟岛之间的海上段约
25.3公里,大乌龟岛至小洋山岛之间的港桥连接段约
3.5公里大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计,桥宽
31.5米,设计车速每小时80公里,设计荷载按集装箱重车密排进行校验,可抗12级台风、七级烈度地震,设计基准期为100年东海大桥是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程,为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务东海大桥的建成通车,为洋山深水港建成开港和进一步发展,加快上海国际航运中心的建设奠定了坚实的基础东海大桥当时被上海市政府列为“一号工程”,其重要性不言而喻,在进行结构建设的同时,健康监测系统的布设也提上了日程2006年10月,东海大桥的监测系统顺利布置到位,并于2007年正式投入使用东海大桥的监测内容主要是环境参数,结构静力和动力响应和结构的耐久性其中环境参数主要包含风速,地震,波浪和冲刷等,结构响应主要监测内容包括斜拉桥桥塔的变形,连续梁的挠曲,阻尼器和伸缩缝的变形,主梁的损伤,主梁和塔的振动以及斜拉索的应力结构的耐久性监测包含钢结构的疲劳和混凝土结构的慢性腐蚀东海大桥上使用的基本监测手段有用FBG传感器测量应力和温度;用GPS监测结构变形;用疲劳传感器测量桥梁主梁的疲劳全桥一共使用了478个传感器,包括使用在主跨上的169个数据评价体系分为联网评估和脱机评估联网监测是一种自动监测系统,这一系统不仅可以判断结构的安全性,还可以进而对采集的数据进行分析自动监测系统还可以自动决定是否需要向管理者预警并立即开始脱机评估脱机评估系统可以进行一些更加高级的分析,比如结构静力分析,模态分析,桥梁力学行为和环境因素的校正分析等等这一系统需要大量的结构分析并由专家进行判断进而对桥梁的状态给出一个全面的评估桥梁结构的监测数据不仅包含正常运营状态,还包括在极端荷载(比如台风,地震,爆炸,船撞等)下的桥梁结构响应得到大量的监测数据以后,需要对其进行更多的深入分析和整理,首先区分出数据中的哪些部分是由于环境改变引起的结构响应,哪些又是由于结构破坏产生的等,然后通过图表等形式把数据中蕴含的内在规律及变化情况表现出来,再对结构的整体状况进行评估引言预应力混凝土桥梁自出现以来的每次重大技术发展,都和材料、结构体系和施工工艺等创新密切联系在一起,它们相互促进不断发展预应力材料高强、高性能及轻质混凝土技术发展,使混凝土受力性能改善、耐久性提高、浇筑更方便,也使预应力混凝土桥梁结构自重荷载下降高强、低松弛预应力钢材发展,使预应力混凝土的效率大大提高,也促进了预应力器具和设备发展纤维增强聚合物预应力筋技术发展,使预应力筋兼轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、非磁性等优点于一体,一些钢材难以克服的弱点得到消除,将预应力混凝土桥梁带入了一个崭新的发展领域预应力材料利用现代传感和通讯等技术的智能化预应力混凝土材料,不间断监视结构的工作状态、生命轨迹,将对预应力混凝土桥梁健康、安全运行提供有利保障
2.预应力桥梁结构体系部分预应力混凝土结构,兼有预应力和钢筋混凝土结构的优点,克服了全预应力混凝土结构的缺点无粘结体内预应力混凝土结构,消除了后张预应力筋管道的压浆,降低了预应力摩阻损失预应力桥梁结构体系双向预应力、预弯预应力体系是预应力概念的新发展,它们使结构的高跨比显著减小,满足了一些特殊的使用要求体外预应力混凝土结构,构造简化、补索方便、施工简单,维护方便、总体经济性优越,逐步成为在经济、施工质量和安全性方面最有竞争力的方案预应力桥梁结构体系钢一混凝土组合式预应力桥梁,利用钢腹、预应力混凝土顶板与底板在受力、构造及施工等方面的优点成为预应力桥梁一种新的发展方向
3.预应力桥梁施工技术型等桥梁结构动力检测方法主要有固有频率、应变模态、模态置信度判据、柔度矩阵、小波分析、遗传算法等4温度监测通过对整桥温度场的监测,可以设法消除温度变化对某些监测过程或传感器本身的测量精度的影响;可以了解桥梁结构在某种温度场下的结构变形、内力变化等情况5表观检测表观检测的主要内容为桥梁混凝土裂缝、强度、碳化深度、外观质量检测、钢梁及金属结构外观及腐蚀检测及支座、桥面铺装、伸缩缝、锚端连接等部位、部件的损坏情况观察等
2.数据传输稳定可靠的数据采集和传输对于保证监测系统的长期运行有着重要意义,同时是获取有效、可靠的监测数据的前提,要注重并做好以下几项关键性工作1数据采集传输的同步是桥梁结构监测系统的关键性技术问题,是数据处理、分析和桥梁健康评估的基本前提条件做到挠度、振动等子系统各点采集的时间同步性尤为重要2关于数据采集节点设备和传输链路的合理配置与优化影响数据采集节点设备和传输链路可靠性的因素相当复杂,必须研究设计和重点考虑系统合理的配置和优化3关于系统数据采集过程中单点故障问题系统需要具有单点故障不影响控制网络其他部分的功能4关于检测系统自身故障的自检与报警系统能够识别和检查出传感器故障、电流回路泄漏、对不可信信号电频的捕获和子系节段施工法使大跨径桥梁轻松跨越深险的江海和山谷,通过分段施工、预应力逐段连续,最终形成结构整体利用现代化设备,桥梁采用标准化分段、系列化预制方法,使其适合不同跨径组合的要求,大大提高了施工速度,并对环境的不利影响降低到最小程度预应力桥梁施工技术通过预应力技术发展起来顶推施工法、转体施工法分别适用于不同的桥型结构
一、预应力混凝土材料
(一)混凝土材料.高性能混凝土HPCHighPerformanceConcrete高性能混凝土含有三种关键掺料极细颗粒的硅灰、飞灰、粒状高炉碱矿渣,以此达到填充、润滑及增强的作用高性能混凝土具有很多优良的特点易浇筑、易密实、不离析;高早强、韧性好、低徐变、耐疲劳;高密水、耐磨损、抗化蚀;实用强度可达lOOMPa其中高强并不是混凝土的唯一指标,另外有一系列的质量要求,比如自密实,水灰比小于
0.428天收缩小于2X10-4和56天设计强度达到60〜lOOMPa等高性能混凝土应用研究课题主要在于混凝土材料力学性能,设计有效应变和徐变、收缩等.活性粉混凝土RPCReactivePowderConcrete活性粉混凝土现在还处于研究阶段,主要成分包含水泥,硅灰石英粉,硅砂,细钢纤维等同时具有以下优良特性强度200~800MPa实用150MPa以上,优良的韧性、抗疲劳性,较高的弯拉强度,抗循环冻融、盐、碳酸化作用性和长寿命、低维护费等.轻质混凝土LWCLightweightConcrete限制混凝土桥梁跨径增大的一个关键因素就是自重过大为此,轻质混凝土应运而生,它的骨料容重为14〜19kN/m3同时强度与一般混凝土相当,可大大提高混凝土桥梁的极限跨径,国内已有这一类型的实验桥诞生绿色环保混凝土尽可能少地采用水泥熟料,更多地采用工业废渣,大大减少二氧化碳的排放量绿色环保混凝土是混凝土发展方向混凝土材料发展预测(2050年左右将出现替代混凝土的新材料)结合当今科技和工程实践的发展来看5年后人类将开发出能适合高寒和高热地区施工的混凝土,商品混凝土将分为高、中、低流动性三类;10年后可以向混凝土中加入或表面粘贴特殊材料,使其随时显示应力状态的变化彩图,开发彩色高强混凝土,并实现化学预应力的实用化;25年后开发半透明混凝土,以方便施工与管理普遍采用彩色高强混凝土;50年后开发出适应地球温暖化的热电转化混凝土,并开发出在地震中能大变形,但震后能恢复原状的形状记忆混凝土,无徐变、收缩的混凝土得到实际应用,同时出现水泥混凝土的替代材料;100年后开发出能使新浇混凝土保持良好和易性的时间设定装置或材料;开发出能与盐份反应后形成保护膜从而提高耐久性的材料;开发通过分子间张拉技术在水泥分子之间施加预应力的超高抗拉混凝土O
(二)预应力材料.预应力钢筋正在研发的预应力钢筋各项性能均有不同程度的提高,比如热镀锌钢丝强度达2000MPa级,钢绞线强度达2300MPa级,且其它性能指标不低于现有材料,与之配套的锚固体系也在加紧研制之中另外还有高抗腐蚀高强钢绞线,主要用于斜拉索;将钢绞线镀锌一铝5%抗腐、锚固性能将明显好于镀锌钢绞线;采用不锈钢绞线,也能达到良好的抗腐效果对钢绞线进行环氧涂覆也能达到很好的技术效果,根据涂覆方式的不同可分为单丝涂覆式和整体涂覆式两种其中,单丝涂覆的工艺主要是除锈一>单丝涂覆一〉重新绞合;整体涂覆式的工艺主要为除锈一〉整体涂覆一>涂砂O经过环氧涂覆,可以大大提高钢绞线的耐久性能,但也存在一定的技术缺陷,比如锚具锚固回缩量大,预应力松弛大,粘结锚固与传递长度大等缓粘结预应力筋的开发将大大方便预应力构件的施工运用这一技术,预应力张拉后在常温下经过特定时间,树脂能自动硬化,并达到设计强度,具有防腐性好、免压浆、施工方便等技术优势.纤维增强聚合物FRP筋FibreReinforcedPloymerTendon常用的FRP材料包含碳纤维CFRPCarbonFibreReinforcedPloymer芳纶纤维AFRPAramidFibreReinforcedPloymer和玻璃纤维GFRPGlassFibreReinforcedPloymerFRP筋具有优良的力学性能,将FRP预应力筋和预应力钢筋对比可以发现FRP筋强度一质量比为钢材的5倍,疲劳应力幅为钢材的3倍GFRP外抗腐性能好、非磁性、非导电、热膨胀系数小同时也存在一定的局限性极限延伸率低,破坏呈脆性;抗剪强度为钢材的1/51/4;静载长期与短期强度的比值低;FRP预应力筋锚具也更为复杂,需专门设计FRP预应力体系的研究课题主要分为以下几个方面材料短期和长期性能;粘结性能、物理性能;疲劳性能、耐久性等;FRP预应力混凝土结构性能和锚具及体外FRP索的应用技术.预加应力材料发展预测2025年前高强、高耐久钢材将有新发展5年后,六角形套管和六角形预应力钢绞线组合,提高管道空隙改善灌浆充实度;10年后,将开发出替代钢板的纤维增强塑料板,出现腹板为FRP的预应力桥梁;25年后,开发出超高强极细的预加应力材料,开发出能在混凝土浇筑后自应力的张拉材料,无需施加预应力;50年后,开发极薄自应力张拉材料,能方便地粘贴在结构表面进行修补,开发出网格状的张拉材料,从而可以方便地施加空间预应力,把形状记忆合金作为施加预应力的材料
(三)预应力筋管道.塑料波纹管塑料波纹管主要由高密度聚乙烯或聚丙烯制成,具有摩擦系数低(钢绞线口二
0.10〜
0.14钢丝P=
0.08~
0.12);耐腐性好(防水、耐候、抗氧化及化蚀);强度高、刚度大、成孔质量好可弯性好
1.8m半径;重量轻,方便运输和安装;与混凝土粘结好;配套部件齐全等优势.体外索透明套管透明套管主要由离子键树脂“HIMILAN”制成,透明度达85%PVC为78%可以目测检查灌浆质量,发现问题可以钻孔补浆将其用于箱梁内,可以免受紫外线辐射影响;同时具有高抗碱、油污的性能;预应力钢绞线摩擦损失也小于普通PVC套管;另外还不含氯离子和塑化剂,为环保材料.管道灌浆材料发展预测5年后将开发出大张拉力、预灌浆、后粘结的预应力筋;开发出不取决于温度的预灌浆后粘结预应力筋;开发预涂在管道内壁的呈粉末、固体、凝胶状的灌浆基体材料,预应力筋张拉后灌水即成完全填充的灌浆物
二、预应力桥梁体系一体外预应力混凝土桥梁.标准化、系列化体外预应力混凝土桥梁发展的一个显著特点就是标准化,系列化主要表现在标准化梁高、分段、系列跨径;标准化预应力索构造;工厂系列化生产;标准化装配施工.轻巧化轻巧化也是现代体外预应力混凝土桥梁发展的一大特色,具体表现有构造优化,受力明确,高强薄壁和结构轻巧等.新型化即出现了一种特殊的体外预应力梁桥现实部分斜拉桥,又称矮塔斜拉桥
(二)钢腹混凝土组合梁桥为解决混凝土腹板开裂的问题,提出了用钢板来替换混凝土腹板方案这一方案具有如下特点结构重量比PC桥梁减轻约30%;采用体外预应力体系;钢腹板受力优于混凝土;收缩、徐变影响较大;钢板受压、加劲板较多
2.波纹钢腹板混凝土组合箱梁桥在钢腹板混凝土组合箱梁桥的基础上,为了减少腹板加劲,增强腹板稳定性,方便顶底板预应力的施加,又发展出波纹钢腹板的方案,这一方案具有如下特点结构重量比PC桥梁减轻约30%;体外预应力体系;波纹腹板轴向刚度小、主要抗剪;收缩、徐变影响大大减小;钢腹板不设稳定加劲板;联结处构造应予重视统故障等,并能在系统主机上给出相应的报警信息5关于数据可靠性检验的问题系统具有能够对所监测数据进行自检、互检和标定的功能,是保障原始数据可靠性的重要手段6关于实现远程监控的问题通过因特网技术可以使桥梁管理者或桥梁专家在异地对系统实现远程监控和数据分析,是桥梁结构健康监测系统的新需求
3.数据分析处理和控制数据分析处理与控制是指对获得的数据信息进行收集、整理、加工、存贮及传播等一系列活动的总和它的基本环节是进行数据的组织、存贮、检查和维护等工作这些工作是数据处理的中心问题一般称之为数据管理二十世纪
六、七十年代以来,数据管理技术提高到了数据库阶段,计算机中的数据及数据的管理统一由数据库系统来完成数据库系统的目标是解2钢桁腹混凝土组合箱梁桥结构重量比PC桥梁减轻约30^40%体外预应力体系桁腹轴向刚度可忽略、主要抗剪免除收缩、徐变带来的危险裂缝加拿大魁北克Sherbrooke人行桥L二60m活性粉混凝土钢桁腹组合结构体外预应力、无非预应力筋结构重量只有PC的1/2〜1/3与钢结构相差无几在蒸汽养护条件下,活性粉混凝土强度达到200MPa钢管内约束混凝土强度350MPa材料抗压等性能直逼钢材活性粉混凝土配合比配料的成份数量l/m3波特兰水泥705kg硅粉230kg石英粉210kg硅砂1010kg钢纤维190kg超塑剂
37.5kg水2001it水泥用量高水灰比低
0.21钢纤维骨料瑞士近Baden的Baregg公路桥
25.62+4X
38.43+
25.62m钢管桁梁、混凝土桥面板组合结构桥面板体内双向预应力体系结构重量约PC的1/2钢管桁梁分段预制、吊装连接桥面板纵向
2.135m一段35t预制、吊装连接横向每隔60cm设一根4ijl
5.24mm预应力钢绞线,吊装时张拉50%预应力纵向预埋22根HDPE管,设22束74jl
5.24mm预应力钢绞线桥面板与桁梁联成整体前先施加纵向预应力结合缝隙内压浆防腐三钢混凝土填充组合桥梁.钢管混凝土连续梁桥在中支点处钢管填充混凝土在跨中段钢管填充加气混凝土钢管强度充分发挥、延性好无加劲构造,焊接量大减.部分预应力U形钢混凝土连续梁桥钢板冷加工弯折成U形少量加劲板,焊接量、成本大减中支点段填充混凝土中支点段桥面板内设预应力筋跨中段不填充混凝土.钢管混凝土斜拉桥分段填充一般、轻质混凝土或不填混凝土静力、动力性能良好用钢量低于钢箱梁,构造简单经济性优于大跨钢箱梁斜拉桥
(四)预弯预应力梁桥
(四)预弯预应力梁桥采用钢梁预弯反弹作用施加预应力建筑高度低(约为L/35)、刚度大无支架施工、吊装重量小适合于低建筑高度的跨线、跨河桥、多层立交桥,以及轨道交通站台桥梁等结构日本建造的预弯预应力桥已达几百座,我国也在立交桥结构中采用用于跨线公路桥用于跨线铁路桥用于高架桥用于跨河桥用于轨道交通站台桥梁等结构
(五)双预应力桥梁在混凝土的拉、压区同时配置预拉和预压预应力筋、形成拉、压双向作用预应力体系的结构突破了单一在混凝土受拉区配置预拉预应力筋的设计概念,使混凝土结构预加应力的效率大为提高,也使预应力技术获得更大的发展空间
(五)双预应力桥梁后压预应力工艺为了充分发挥钢筋的强度,避免其在千斤顶的顶压下发生失稳,同时保证钢筋与混凝土的粘结力与孔道压浆便利,预埋管道制作成沿纵向逐段正交变化的椭圆形截面
(五)双预应力桥梁后压预应力工艺顶压预应力筋的锚固可采用两种方式
(五)双预应力桥梁先压预应力工艺采用先压法的预压应力管为高强度合金无缝钢管因不可避免的偏心作用,钢管预压时将发生弯曲变形,依其长短不同而表现为刚性或柔性特点
(五)双预应力桥梁先压预应力工艺预压应力管通过与混凝土之间的粘结作用实现锚固
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁20世纪80年代起,国际工程界开始将FRP材料用于预应力混凝土桥梁1980年第一座采用GFRP绞线的后张预应力混凝土人行桥在德国建成1986年,第一座采用GFRP粗筋的后张预应力混凝土公路桥也在德国建成1991年第一座采用GFRP绞线的后张预应力混凝土公路桥也在德国建成
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁1988年第一座采用CFRP绞线的先张预应力混凝土公路桥在日本建成1989年第一座采用CFRP粗筋的后张预应力混凝土桥梁也在日本建成1991年第一座采用CFRP绞线的后张预应力混凝土桥梁在德国建成
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁1990年第一座采用AFRP编织筋的先张预应力混凝土公路桥、采用AFRP带筋的后张预应力混凝土人行桥均在日本建成同年及次年,采用AFRP粗筋的先张及后张预应力混凝土桥梁也在日本建成
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁作为预应力混凝土桥梁的预加应力材料,CFRP材料具有更多的优点美国第一座CFRP桥梁一密歇根州南菲尔德市(Southfield)布里奇街(BridgeStreet)桥,在2002年PCI设计奖的评选中赢得哈利.爱德华兹工业进步奖
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁该桥由两座平行的、跨越鲁杰(Rouge)河的结构(结构A和结构B)所组成桥梁采用三跨斜交15°构造,跨径布置为2L314ni+
20.349m+
21.429m全长为62m桥梁结构A上部结构由5根等距布置的常规AASHTOIII型混凝土工字梁、现浇连续混凝土桥面板组成;结构B由4个特别预制的预应力混凝土双T形简支梁组成
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁每根双T形梁的纵向与横向,均采用先张CFRP筋和后张CFRP绞线在桥面和梁肋内的非预应力筋由CFRP弯曲形绞线、直线筋、网格筋及不锈钢箍筋构成优化桥梁的耐久性,实施对材料质量进行复检,取用高质量混凝土和采用的金属筋仅为不锈钢材料
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁加拿大HI(Hollowcorelncorporated)公司为这座桥梁提供了所有预制梁,施工期间美国伊利诺州斯科基施工技术实验室对该桥安装了长期监测仪器南菲尔德市劳伦斯技术大学结构试验中心、加拿大温泽大学对该桥进行了多方面的研究,从1/3缩尺的多组正交和斜交桥模型试验中获得大量数据
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁由于这种类型桥梁以前尚未建造过,早期通过测试系统与遥测方法对其各种关键参数进行识别是需要的梁的监测是从其制造开始的,经历架设施工连续至以后5年在这个过程的最后,将对采用CFRP材料桥梁的使用性能做出相应结论
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁在制造阶段的预加应力施工中,12根双T形梁均被测试与监测内力与应力同时,在6根梁的内部与外部设置了长期监测传感器大多数测试仪器在梁制造期混凝土浇筑前已安装
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁先张CFRP预应力筋非张拉端测力传感器
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁先张CFRP预应力筋埋入式钢弦测力传感器
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁后张体外CFRP预应力绞线及锚固端传感器
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁后张体外CFRP预应力绞线的传感器混凝土应变传感器设置
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁在5年的过程中,测试与监测内容包括先张CFRP预应力筋的预加力梁与结合层混凝土截面的应变分布梁在制造和架设过程中的变形与拱度施工期CFRP预应力绞线的预加力纵向体外和横向无粘结CFRP预应力绞线的应变
(六)纤维增强预应力混凝土桥梁
(七)预应力桥梁的相关研究课题高强混凝土结构设计理论新型结构稳定、疲劳、抗震等性能钢一高强混凝土组合结构设计理论与构造钢管混凝土结构设计理论与构造纤维增强预应力混凝土桥梁设计理论
(七)预应力桥梁技术发展预测5年后开发强度与焊接一样的钢筋连接简便方法,替代绑扎或夹具连接张拉千斤顶重量降低与油泵一体化预应力混凝土桥墩设计标准化按性能设计推广
(七)预应力桥梁技术发展预测5年后开发出具有减震功能的伸缩接头,提高抗震性能开发预应力混凝土桥梁老化预测技术实现全寿命造价最小的“最低维修桥梁”
(七)预应力桥梁技术发展预测10年后张拉千斤顶和油泵小型、轻量、一体化高强度、小直径预应力筋和小型化锚具,使预应力构件细部构造改善计算机控制千斤顶,张拉、锚固和管理自动化
(七)预应力桥梁技术发展预测10年后利用传感、通讯技术,预应力混凝土桥梁工作状态被不断监视桥梁管理系统建立,实现高效维修管理
(七)预应力桥梁技术发展预测25年后开发出主体结构表面涂料,防止混凝土表面老化能准确掌握预应力混凝土桥梁极限状态性能,建造出更经济的桥梁桥梁开始在工厂决数据冗余问题;实现数据独立性;实现数据共享;并解决由于数据共享而带来的数据完整性、安全性及并发控制等一系列问题
4.大型桥梁结构健康监测系统大型桥梁结构健康监测系统一般应包括以下几部分内容1)传感系统由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成2)信号采集与处理系统实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理,并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数,以一定的形式存储起来3)通信系统将处理过的数据传输到监控中心4)监控中心利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断,包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等传感器监测到的实时信号,经过采集与处理曲通信系统传送到监控中心进行分析和判断,从而对结构的健康状况作出评估若结构出现异常行为,则由监控中心发出预警信号,并对检测出来的损伤进行定性、定位和定量分析同时提供维修建议
5.桥梁结构健康监测的现状与发展方向桥梁结构健康监测系统对桥梁结构评估主要有三个方面承载能力、营运状态和耐久能力承载能力是有关大桥结构或构件的极限强度、稳定性能等,其评估目的是要找出大桥结构的实际安全储备以避免桥梁发生灾难性的损毁营运状态评估与桥梁结构或其构件在日常荷载工作下的变形、裂缝、振动等有关,其评估结果有助于合理安排养护维修耐久能力的评估则专注于大桥的损伤及其成因以及其对材料物理特性的影响实现自动化生产
(七)预应力桥梁技术发展预测50年后出现适合混凝土材料和预应力筋变化的新结构形式不再需要桥梁规范,实现单独分析和设计方法出现不需要锚具的后张预应力方法
(七)预应力桥梁技术发展预测50年后现场施工使用大量机器人建立自动处理老化技术,随时监测盐腐蚀、冻害、混凝土碳化及骨料的碱反应等老化情况开发出设计耐用年限为1000年,不需要维修的预应力混凝土桥梁
(七)预应力桥梁技术发展预测100年后采用超轻质高强混凝土,以高层为支点,建起上千米的预应力混凝土桥梁抗震技术大为提高,能够以较高精度预测地震
(七)预应力桥梁技术发展预测100年后完全依靠机器人进行施工、消灭灾害事故开发“积极预应力技术”,与荷载或地震荷载等相适应实现瞬间控制预应力
四、桥梁体外预应力加固技术体外预应力桥梁的重新发展,得益于体外预应力加固技术的完善体外预应力加固技术的特点是一种主动的结构增强技术能提高极限承载能力,并能改善结构正常使用状态关键技术一一新老结构的联结、传力构造
(一)体外预应力钢索加固体外预应力索布置正弯矩索转向块(未穿索)正弯矩索转向块(已穿索)负弯矩索转向块(桥面处)负弯矩索转向块(已穿索)张拉端
(一)体外预应力CFRP索加固CFRP索抗剪强度较低预应力方式较单一锚固体系在研制、完善中CFRP片抗剪辅助加固目前的桥梁结构监测系统中存在着监测项目种类不足和个别项目的规模又过于庞大的情况在监测数据的管理方面,没有一个较为完善的数据存储与管理系统,大量的监测数据得不到妥善的处理与利用并且,现有的桥梁结构监测和状态评估系统大多属于单一的监测系统或者是单一的管理系统桥梁结构健康监测综合评估系统在桥梁设计阶段予以提前考虑并做出桥梁结构健康监测设计有着十分重要的积极意义设计人员可依据桥型设计理论和结构特点、四新技术的应用等方面采用适宜的监测理论、方法与手段,做出符合桥梁特点和系统的监测设计桥梁结构健康监测设计与桥梁设计同时形成可及时、妥善地将相关监测软、硬件在施工、运营过程予以配备与设置,使得监测系统的准备与运行工作做得更加充分与科学我国的桥梁结构健康监测尚处初期阶段,随着桥梁结构健康监测工作的深入开展,在远距离监测、提高系统可靠性、完善数据处理和分析理论等方面还需要提高和完善,目前尚无现成的性能和数据评估方面的规范,因此探索并形成稳定、可靠的监测系统、明确各项参数指标、科学获取与处理监测数据、形成监测规范等工作是桥梁结构健康监测今后的发展与努力方向
3.桥梁结构健康监测系统的意义桥梁结构健康监测系统的主要作用包括1)设计验证,确保桥梁安全;2)及时发现桥梁损伤;3)为桥梁维护管理提供技术依据;4)辅助桥梁日常交通管理尽管(截止到2006年)我们国家现有桥梁已经达到了50万余座,但是有些地方的桥梁管理者对现有桥梁的管理仍然是被动式的,也就是当桥梁发生安全事故的时候才对桥梁进行维护(检测和加固)这种被动式的管理不可避免的会带来桥梁安全事故的频繁发生结构检测与健康监测概况工程结构一般会受到两种损伤突发性损伤和累积性损伤突发性损伤由突发事件引起,使损伤在短期内达到或超过一定限值;累积损伤则有缓慢积累的性质,达一定程度会引起破坏影响安全和使用健康检测能够在突发性损伤发生时及时做出判断和警报,以便采取处理措施,防止发生进一步的破坏和引发其它事故对于累积损伤,能够定期对损伤的状态做出描述,以便根据情况采取相应措施
2.桥梁健康监测意义
(一)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,为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号,为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导为此,监测系统通常对以下几个方面进行监控
①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;
②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态;
③结构构件耐久性;
④工程所处环境条件等等
(二)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,在大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的因此,通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为。