冻土区桥梁桩基监测预警系统研究

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图8-1冻土区桥梁桩基结构预报预警系统组成第二部分是数据采集传输子系统。冻土区桥梁结构预报预警技术不只是传统的桥梁监测技术的简单改进，而是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，并由此分析结构的健康状况、评估结构的可靠性，为冻土区桥梁桩基的管理与维修决策提供科学依据［2］。

冻土区桥梁桩基结构预报预警系统一般由四个部分组成：

第一部分是传感器子系统。该系统的研究工作主要包括如何选择感知元件和如何布置传感器。传感器的种类主要包括：车轴车速仪、加速度计、水平仪、地震测量仪、全球定位系统（GPS）湿度计、风速风向仪、位移测量计、应变测量计、温度计等。这些不同类型和功能的传感器可以测量在正常风载和车辆荷载下，非正常的飓风作用下或者地震作用下桥梁的力学状态和结构响应。要根据桥梁结构的受力特点来判断传感器的类型和安装位置，并且综合考虑实际环境条件，根据桥梁建设中的具体情况，从实际情况出发，综合考虑多种环境因素和结构因素进行确定。传感器造价占整个监测系统中相当大的比例，所以应当选择工作性能稳定、技术水平完善、耐久性良好的传感器元件。

图8-1　冻土区桥梁桩基结构预报预警系统组成

第二部分是数据采集传输子系统。主要功能是对传感器子系统测量的环境数据和结构自身的声、光、电、磁等信号进行采集后处理成数字信号，通过光纤网络、电子网络传输到桥梁健康监测系统的数据库中心。该系统还具有一定的数据初步分析处理功能和一定的诊断功能，可以快速地分辨异常的信息数据、传感器失效和损坏部位等，并且保证在恶劣的气候条件（如雨、雪、飓风、地震等）下能够正常运行。由于监测信号涉及声、光、电、温度等，因此信号的物理特征各不相同，振动监测信号以结构的机械冲击、结构动态变化、振动、模态参数等为监测目标；电参数监测信号有的以超声、噪声、声音强度等为监测目标；有的以变形、压力、应变、应力、扭矩等强度性能监测信号；有的以电磁性、电功率、电阻、电流等为监测目标的电参数监测信号；有的以温度插值、温度变化、温度场为监测目标的温度监测信号；所以采用相应国家标准或兼容规范对要进行传输处理的数据统一通信协议。

第三部分是数据处理分析子系统。此子系统利用强大的计算机系统对传输过来的大量原始数据资料进行深一步的处理和分析。通过软件、硬件系统的处理，总体数据初步分析、进行数据校对检验、响应后续子系统功能模块的指令，等等。该子系统实现了数据存储、查询等功能，通过数据库操作控制着桥梁安装上的数据采集设备，实现了数据的提取和处理，是对原始数据进行处理和分析的关键系统部分。

第四部分是状态评估子系统，能够对结构的异常行为进行预测。此子系统的主要功能就是进行采集数据的统计分析，并在各种环境条件及温度和荷载作用下，获得桥梁结构控制截面和关键部件的参数值，结合有限元分析模型，确定应力应变值域范围，在各种情况下，监测关键参数的变化，并通过数据判断出变化趋势，在遇到突发状况的时候，能够提前判断结构在应力、应变下的各种状况，当达到限值的时候发出预警信息。

这四个部分组成整个系统。实时在线监测结构的各种静力和动力特性变化，实现了桥梁健康监测系统的功能要求及监测目标。通过信号采集装置将传感器监测的实时信号送到数据分析处理中心，对结构的健康状态进行全面评估。当评估系统收到数据分析中心异常信号以后发出预警信号，从而保证桥梁结构的安全可靠。

冻土区桥梁结构预报预警技术不只是传统的桥梁监测技术的简单改进，而是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，并由此分析结构的健康状况、评估结构的可靠性，为冻土区桥梁桩基的管理与维修决策提供科学依据［2］。因此，先进的桥梁桩基健康预报预警系统是集结构监测、系统辨识和结构评估于一体的综合监测系统，即通过采用各种先进测试仪器对桥梁在交通荷载、环境荷载等作用下的响应进行监测，然后对监测到的各种信息进行处理，结合结构模型等先进理论对结构进行诊断，分析结构的损伤状况，最后对桥梁的健康状态进行评价，并确定科学的桥梁维修、养护策略［3］。

冻土区桥梁桩基监测预警系统研究

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