橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

　　1、傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)迂到的挑戰(zhàn)

　　公路、鐵路、橋梁和一些重要的建筑設(shè)施是進(jìn)行國(guó)民生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，各種大型橋梁在交通工程中的重要性日益突出，在人為外力或自然災(zāi)害的影響下如何準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)橋梁健康狀況成為保證交通安全的重大挑戰(zhàn)。但是由于橋梁空間跨度大、結(jié)構(gòu)變形復(fù)雜、對(duì)測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性要求高，傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)在測(cè)試的精度，速度和穩(wěn)定性方面都難以滿足測(cè)試的要求，特別是在組建測(cè)試網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到極大的挑戰(zhàn)。而傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)與橋梁管理信息系統(tǒng)的結(jié)合也存在很多困難。因此，采用光纖光柵傳感技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行橋梁健康(即橋梁結(jié)構(gòu))監(jiān)控是有效應(yīng)對(duì)。

　　2、建立橋梁自動(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)控方案

　　大型橋梁健康監(jiān)控的項(xiàng)目主要包括橋梁基礎(chǔ)受洪水沖刷淘空、橋梁整體的沉陷及傾斜、混凝土徐變對(duì)長(zhǎng)時(shí)間撓度的影響、橋梁接縫變化及溫度變化、地震對(duì)結(jié)構(gòu)體的影響和超重車對(duì)結(jié)構(gòu)休的影響等。

　　方案實(shí)際應(yīng)用。將光纖光柵傳感器統(tǒng)一串連接入到橋梁控制中必的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀中，分析儀可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、保存、打印等，監(jiān)測(cè)人員可獲取可靠信息，采取相應(yīng)措施。獲得數(shù)據(jù)和分析結(jié)果可通過(guò)internet傳送到遠(yuǎn)處，從達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的;

　　方案的實(shí)施。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，可建立橋梁自動(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)。圖5為橋梁自動(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)控方案構(gòu)建圖。它是適用于對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋進(jìn)行監(jiān)控及預(yù)警的系統(tǒng)。

　　整個(gè)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)由光纖光柵傳感鏈、傳輸光纜、光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀、以太網(wǎng)集線器和服務(wù)器組成。

　　光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)橋梁構(gòu)件在載荷作用下受到的拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等復(fù)雜變形作用，在橋梁的大梁、索塔、拉索等重要部位分別安裝溫度、應(yīng)變、測(cè)力傳感器，組成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。被測(cè)量的物理量輸入計(jì)算機(jī)以后，根據(jù)橋梁的力學(xué)模型，應(yīng)用有限元法等力學(xué)理論計(jì)算被測(cè)對(duì)象各點(diǎn)的變形。根據(jù)目前橋梁安全規(guī)范常用的垂直位移變形對(duì)跨徑比的百分?jǐn)?shù)，當(dāng)某一部位變形超過(guò)規(guī)定的極限值時(shí)，立即在橋梁監(jiān)測(cè)室報(bào)警。如果超限是由于車輛超載發(fā)生，可以結(jié)合圖像監(jiān)控裝置鎖定違章車輛。系統(tǒng)對(duì)橋梁各部分可以進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，綜合評(píng)估橋梁的整體可靠性;

　　無(wú)線通訊技術(shù)的應(yīng)用。系統(tǒng)利用虛擬儀器的優(yōu)越網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)測(cè)試網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)的無(wú)縫鏈接。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入Intemet的方式可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇GPRS、CDMA、電話線、寬帶網(wǎng)和局域網(wǎng)等。GPRS為通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)和CDMA為碼分多址。采用數(shù)據(jù)傳輸模塊或無(wú)線網(wǎng)卡通過(guò)移動(dòng)公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面大，但是目前傳輸速率略低;CDMA傳輸速率快、容量大、質(zhì)量高。有寬帶網(wǎng)接口的環(huán)境中通過(guò)寬帶網(wǎng)連接到Intemet是比較理想的方式;

　　橋梁管理信息系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)Internet傳輸?shù)綐蛄汗芾碇行囊院螅c基本資料記錄、統(tǒng)計(jì)分析、維修記錄等模塊共同組成橋梁管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)上龐大的橋梁系統(tǒng)集中管理。根據(jù)BMIS數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，采用SQL(結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。通過(guò)對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)逐月、逐句、逐年評(píng)估橋梁健康狀況，總結(jié)橋梁變形規(guī)律，預(yù)測(cè)橋梁壽命，提供橋梁維護(hù)管理的科學(xué)依據(jù)。測(cè)試系統(tǒng)能自動(dòng)描繪性能曲線，生成并打印狀態(tài)報(bào)告。系統(tǒng)功能的開(kāi)放性為增加后續(xù)模塊提供了保證，其預(yù)測(cè)能力隨著實(shí)際應(yīng)用逐步提高。

　　該監(jiān)測(cè)工程是為了輔助和改進(jìn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的人工監(jiān)測(cè)和評(píng)估工作。可以報(bào)告橋梁的工作溫度環(huán)境，報(bào)告橋梁的主要構(gòu)件的實(shí)際內(nèi)力分布和振動(dòng)狀況，報(bào)告橋梁的主要構(gòu)件是否有損害，或累積性損壞，并且給橋梁的營(yíng)運(yùn)管理和維修決策者提供橋梁的警告信息。

　　在石油、天然氣井中的應(yīng)用

　　石油、天然氣井的檢測(cè)是石油和天然氣開(kāi)采過(guò)程中最基本和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。壓力、溫度、流量等參量是油氣井下的重要物理量。故對(duì)這些量進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲取油氣井下信息，對(duì)石油工業(yè)具有極為重要的意義。傳統(tǒng)的電子傳感器無(wú)法在井下惡劣的環(huán)境，諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁的干擾下工作。光纖先柵傳感器可以克服這些困難，其抗電磁干擾能力和耐高溫、腐蝕能力能夠精確地測(cè)量井下環(huán)境的參數(shù)。同時(shí)光纖傳感器具有分布式測(cè)量能力，可以測(cè)量井下參數(shù)的空間分布，給出剖面信息。而且光纖傳感器橫截面積小，在油氣井中占據(jù)空間極小。因此，將光纖傳感器應(yīng)用于石油測(cè)井具有極廣闊的前景。