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直线位移传感器在桥梁监测系统中的应用
编辑:深圳市米朗科技有限公司   时间:2017-10-12

桥梁工程是国家基础设施建设中重要的方面,是联系各地交通、促进经济发展的重要纽带。桥梁建成后,由于荷载、气候、环境、振动、索力与应力变化等因素的影响,桥体结构材料会逐渐被腐蚀老化,强度与刚度也会逐渐降低。大跨度的桥梁受上述因素的影响更大,这不禁会缩短桥梁的使用寿命,更是为行人的人身安全埋下了极大的隐患。因此对桥梁的健康状况实时监测并在此基础上的安全评估是日常维护的重要内容。

大量的文献资料及案例显示,大跨度的桥梁运营期间发生的损坏与事故主要集中于桥梁主梁的位移(主要指裂缝,下同)与形变,桥墩的位移与形变,索力与应力的变化等。主梁是桥梁结构的主要受力结构,不仅需要承受外部荷载与自身的重力、还需要承受桥体结构的弯矩、剪切力与各种应力等,出现最多的病害就是腹板、顶板等产生的裂缝。桥墩病害的主要表现为墩偏位和混凝土裂缝。内外部荷载、壳体组成材料成分、温度变化以及不均匀的沉降、钢筋等重要材料腐蚀等都会造成以上病害,多数桥梁病害更是不同因素联合作用的结果。通过实时监测桥梁主要监测点位移量的变化,可以有效监测桥梁的运营情况,对桥梁的安全运营、延长使用寿命,及早发现桥梁病害与节约维修费用都能发挥很好的作用。

早期的桥梁维护主要依靠人工作业完成,对可能存在病害的桥梁往往通过经验来判别与评估,这样不仅效率低,工作量大,效果通常也不会太理想,缺少科学数据支撑的日常维护对桥梁病害的预防起到的作用始终有限。随着社会的进步与技术的发展,人们将传感器技术、计算机技术、通信技术等前沿技术逐步引入到桥梁监测系统,初步实现了自动化监测、预警功能,能真正长期用于桥梁结构损伤和状态评估,满足桥梁养护管理和运营的需要,为科学管理桥梁等提供理论依据,同时兼顾经济和社会效益。目前用于桥梁监测的仪器主要有:经纬仪沉降仪、位移传感器、加速度传感器等测试方法。

经纬仪、沉降仪等集成度较高的测量仪器,可对桥梁多个测点进行连续的扫描,及时预警一些较小的裂缝、位移变化等病害。但是各测点也很难同步检测,也无法预警较大的形变量。

直线位移传感器是一种接触型测量仪器,使用时传感器与各测点直接接触,传感器将位移变化量及时转换为电信号传输给监测控制中心,经控制系统采集计量后预测桥梁的运行状况,可实现各测量同步采集、比较、数据存储等,为科学管理、监测桥梁病害提供科学的依据,也可以将系统采集的信号传输到互联网,是物联网最基础的组成单元。这也是目前各类桥梁监测系统应用最多的测量仪器。但是大部分精密位移传感器只能接触测量,对于一些难以接近的观测点无法测量,大部分的桥体横向位移变化因为传感器安装问题也很难有效监测。

加速度传感器在桥梁监测系统也有部分应用,但是加速度传感器的测量精度较低,测量数据需要经运算处理才能转换为位移值,除此之外,加速度位移传感器对于低频静态位移监测效果也比较差,而大型桥梁的振动频率都较低,很难保障采集的数据不会失真。

不管采用何种仪器作为检测手段,桥梁监测系统都应遵循简洁、实用、经济、可靠的原则,应根据桥梁结构及养护管理需求进行监测点布设,监测点应与桥梁结构安全密切相关,主要监测有代表性的易损结构、必须实施监测的重要结构及日常维护难以检查或者无法检查的结构等,从动力、静力以及耐久性等角度对监测点进行设计,力求用最少的传感器和最少的数据采集量完成监测工作。

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