1、綜述
由于橋梁在運(yùn)營(yíng)期間會(huì)受到氣候、氧化、腐蝕或老化等因素的影響，及長(zhǎng)期在恒載和活載的作用下遭受損壞，其強(qiáng)度和剛度會(huì)隨時(shí)間的增加而降低，這不僅影響了安全行車，也會(huì)使橋梁的使用壽命縮短。因此有必要在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)集計(jì)算機(jī)通信及網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代傳感器檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)的，基于監(jiān)測(cè)、狀態(tài)分析評(píng)估和橋梁養(yǎng)護(hù)管理等方面的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用以監(jiān)測(cè)和評(píng)估橋梁營(yíng)運(yùn)狀態(tài)，為養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。
所建立的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)不同，它不僅要求在測(cè)試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，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。它通過(guò)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（阻尼器）和附屬設(shè)施（如振動(dòng)控制元件）的工作狀態(tài)
?結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性
?大橋所處環(huán)境條件等等
獲得對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估，達(dá)到為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為橋梁維護(hù)維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)的目的。
2、光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用
光纖光柵（fiber Bragg grating, FBG）傳感器作為一種新型光纖傳感器，可以用來(lái)測(cè)量包括應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、 振動(dòng)、壓力、電壓以及一些化學(xué)量等多個(gè)物理量，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。同時(shí)FBG傳感器陣列可以實(shí)現(xiàn)分布式的傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，提取相關(guān)的信號(hào)，進(jìn)行狀態(tài)分析，達(dá)到示警以及故障診斷的目的，而且其傳輸距離可以達(dá)50多公里，能進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。北京達(dá)卡科技有限公司提供靜態(tài)光纖光柵分析儀和動(dòng)態(tài)光纖光柵分析儀兩種，能夠全方位對(duì)橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
目前, 應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域當(dāng)數(shù)橋梁的安全監(jiān)測(cè)。
斜拉橋斜拉索、懸索橋主纜及吊桿和系桿拱橋系桿等是這些橋梁體系的關(guān)鍵受力構(gòu)件,其他土木工程結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力錨固體系,如結(jié)構(gòu)加固采用的錨索、錨桿也是關(guān)鍵的受力構(gòu)件。上述受力構(gòu)件的受力大小及分布變化最直接地反映結(jié)構(gòu)的健康狀況,因此對(duì)這些構(gòu)件的受力狀況監(jiān)測(cè)及在此基礎(chǔ)上的安全分析評(píng)估具有重大意義。
加拿大卡爾加里附近的Beddington Trail 大橋是最早使用光纖光柵傳感器進(jìn)行測(cè)量的橋梁之一(1993 年), 16 個(gè)光纖光柵傳感器貼在預(yù)應(yīng)力混凝土支撐的鋼增強(qiáng)桿和炭纖復(fù)合材料筋上,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè), 而這在以前被認(rèn)為是不可能。德國(guó)德累斯頓附近A 4 高速公路上有一座跨度72 m的預(yù)應(yīng)力混凝土橋, 德累斯頓大學(xué)的Meis－sner 等人將布拉格光柵埋入橋的混凝土棱柱中, 測(cè)量荷載下的基本線性響應(yīng), 并且用常規(guī)的應(yīng)變測(cè)量?jī)x器作了對(duì)比試驗(yàn), 證實(shí)了光纖光柵傳感器的應(yīng)用可行性。瑞士應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室, 在瑞士洛桑附近的V aux 箱形梁高架橋的建造過(guò)程中, 使用了32個(gè)光纖光柵傳感器對(duì)箱形梁被推拉時(shí)的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測(cè), 32個(gè)光纖光柵分布于箱形梁的不同位置、用掃描法- 泊系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。
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