结构健康监测系统与巡检养护管理系统在青岛海湾大桥上的一体化设计

正在中国山东省建设的青岛海湾大桥包含一座双塔双柱钢箱梁斜拉桥、一座独塔双柱钢箱梁斜拉桥和一座独塔自锚式钢箱梁悬索桥,主线全长28.880 km.对于这样庞大而复杂的大型桥梁结构体系,传统的桥梁巡检养护方法难以精确有效地检测和识别大桥内各构件的结构健康变化状况.随着现代传感、网络通讯、信号分析与处理、数据管理、知识挖掘、结构分析等领域技术的发展和成熟,综合了这些技术的结构健康监测系统实现了指导结构的运营管理,验证设计假设和参数,预警异常荷载响应损伤,评估结构的性能与安全,纠正更新结构设计标准等功能.青岛海湾大桥的运营期结构监测巡检养护管理系统,包含自动化数据采集系统、基于半自动化人工巡检的养护管理系统、构件评级系统和损伤预警状态评估系统,以大桥结构为平台,有机结合结构健康监测系统与巡检养护管理系统,结构健康监测为巡检养护管理提供目标和依据,巡检养护管理给结构健康监测作补充和完善,一体化的设计最大限度地保证大桥安全运营,延长大桥使用寿命.     

广州海珠桥原悬索钢桁架主桥安全监测

广州海珠桥历经多次改造,2011年检测判定主桥[(67.79+49.10+67.79)m三跨连续索桁组合结构]为危桥需抢修,为确保抢修施工前桥梁的运营安全,进行安全监测。建立主桥计算模型,按实测的材料物理力学强度、吊杆力、主缆拉力及钢结构杆件锈蚀率等指标,对模型部分参数进行修正;在恒载+汽-15活载+人群荷载组合下,进行承载能力验算,确定最不利受力杆件。安全监测时,在应力较大的22根杆件布置应力监测点,竖向变形监测点选取桥跨L/2、L/4、L/8及支点等关键截面;根据桥梁承载能力验算结果和容许应力法,确定各监测杆件的应力预警值和边跨、中跨挠度预警值。结果表明,修正的计算模型能准确模拟结构真实受力状况;监测参数及预警值设置合理;监测周期内,各杆件应力增量均未超过预警值,各测点最大挠度增量在2mm范围,小于预警值,结构处于安全状态。     

异型系杆拱桥结构运营期间健康监测系统研究

根据异型钢管混凝土拱桥结构特点和养护管理的需求,提出了基于自动化光纤光栅传感监测系统与人工巡检系统相结合的综合监测策略.根据异型钢管拱桥构件在结构安全中的重要性和易损性确定了监测内容,重点对于大桥关键受力区——拱脚倒三角区进行了有限元分析,在此基础上进行了FBG等传感器布置,对于大桥运营结构预警与评估实施方法等进行了探讨.在结构监测、预警与安全评估方面,提出了以“结构第一传力体系静力特点为主、动力特点为辅”的结构安全状态预警与安全评估方法,提升了评估技术的实用性和可靠性,为进行大桥结构状态识别、结构的承载力评估与结构安全评估等进一步工作奠定了基础.     

重载交通作用下某斜拉桥疲劳损伤研究

该文以某公铁两用斜拉桥为背景,引入基于热点应力的S-N曲线,对重载交通作用下考虑公铁联合作用的结构疲劳损伤进行了研究。文中通过交通量调查获得共35个交通量样本数据,根据等效损伤原理得到典型疲劳车型和车辆荷载谱,应用Monte-Carlo方法和Miner线性损伤准则计算了典型构造细节的损伤度;为研究重载交通的影响,考虑了各疲劳车型超载一定比例和仅某种车型超载两种情况,探讨了重载交通对结构构件损伤的影响。研究结果表明,按目前的交通状况预测,大桥疲劳寿命满足设计要求,随超载车数量占总交通量比例的增加,构件疲劳损伤度迅速增长,相比其它车型,5轴以上车辆超载时损伤度有了明显的增加。     

基于交通量荷载调查的斜拉桥疲劳损伤研究

该文以某斜拉桥为背景,引入基于热点应力的S-N曲线,对重载交通作用下结构疲劳损伤进行了研究。文中通过交通量调查获得共35个交通量样本数据,根据等效损伤原理得到典型疲劳车型和车辆荷载谱,应用Monte-Carlo方法和Miner线性损伤准则计算了典型构造细节的损伤度。为研究重载交通的影响,考虑了各疲劳车型超载一定比例和仅某种车型超载两种情况,探讨了重载交通对结构构件损伤的影响。研究结果表明,按目前的交通状况预测,大桥疲劳寿命满足设计要求,随超载车数量占总交通量比例的增加,构件疲劳损伤度迅速增长,相比其它车型,5轴以上车辆超载时损伤度有了明显的增加。     

小河特大桥健康监测系统架构设计及实施建议

小河特大桥为国内单跨最大的钢管拱桥之一,同时地处山区深切峡谷,安全风险大。文章从保障桥梁的运营安全和提高大桥的安全预警水平和养护管理效率出发,提出建立对大桥主要构件实施自动化监测,获取桥梁结构主要参数的变化信息,对结构的静力和动力安全性、耐久性和适用性进行综合性评估,实时了解结构的安全服役状态,对桥梁的危险状态及潜在威胁及时预警的健康监测系统,设计了系统架构和实施建议。     

广东博罗大桥加固后静载评估分析

介绍了广东博罗大桥加固后的静载试验.借助桥梁专用有限元计算分析软件仿真模型,对桥梁在试验荷载下结构实测挠度及应变与理论值进行比较分析,判断该桥梁结构加固后是否满足设计荷载要求,对桥梁后期运营及养护提出建议.     

既有钢管混凝土拱桥实时监测评估系统

既有钢管混凝土拱桥实时监测评估系统是对桥址处的温度场、大桥的交通荷载状况及桥梁的静、动力效应实时监测,评估桥梁主体的运营状况。该系统主要由状态监测、损伤报警和性能评估及辅助决策子系统构成,能自动采集、分析和评估结构各类状态数据;判断异常状态并报警;自动探查采集系统故障;灵活设置数据采集时段,长期全面记录桥梁的受荷及响应历史;适时响应中控中心指令,实时查询、分析桥梁的运营状况。通过计算确定传感器的合理布置位置;远程数据传输采用有线数据传输方式。运行结果表明,该系统实现了既有钢管混凝土拱桥运营状况数据和图像的实时联动采集、实时自动传输及桥梁运营状态的远程实时自动监测、性能评估和安全预警。     

单塔单索面斜拉桥荷载试验研究

南平市黄墩大桥是一座采用塔墩梁固结体系的单塔单索面宽箱梁预应力混凝土斜拉桥,跨径组成为165+115m。为了保证大桥在运营过程中的安全可靠,大桥在桥梁通车前进行了静动力荷载试验,对静力荷载工况下的主梁挠度、应力、主塔位移和拉索索力增量,和动力荷载工况下的自振模态、冲击系数进行了实桥测试,并结合有限元模型的理论计算结果进行分析。荷载试验结果表明:南平黄墩大桥在试验荷载作用下,主桥结构的静动力性能良好,承载能力满足设计要求。     

连续刚架-拱桥三角刚架模型试验研究

三角刚架是连续刚架拱桥最为重要的结构之一,通过广州新光大桥1∶10缩尺模型试验,研究三角刚架在施工及运营荷载作用下的应力发展和分布规律、抗裂性及承载能力.试验结果表明三角刚架在施工阶段以斜腿顶部拉应力控制设计,运营阶段以斜腿根部压应力控制设计,在正常使用荷载作用下三角刚架具有足够的抗裂安全性和承载力储备.