结构健康监测.docx

结构健康监测 This manuscript was revised by JIEK MA on December 15th, 2012. 工程结构健康监测与诊断 TOC \o 1-5 \h \z 姓 名: 指导教师: 建筑与土木工程学 号: 建筑与土木工程 专 业: 琅岐大桥结构健康监测系统初步设计方案 目录 1桥梁健康监测的必要性 巾于气候、环境等自然因素的作用和日益增加的交通流量及重车、超重车过桥数 量的不断增加，大跨度桥梁结构随着桥龄的不断增长，结构的安全性和使用性能必然发 生退化。自1940年美国Tacoma悬索桥发生风毁事故以后，桥梁结构安全监测的重要性 就引起人们的注意。但是受科技水平的限制和人们对自然认识的局限性，早期的监测手 段比较落后，在工程应用上一直没有得到很好的发展。20世纪80年代以来，在北美、 欧洲和亚洲的一些国家和地区，相继发生了桥梁结构的突然性断裂事件，这些灾难性事 故不仅引起了公众舆论的严重关注，也造成国家财产的严重损失，威胁到人民生命安 全。国外从20世纪80年代中后期开始建立各种规模的桥梁健康监测系统。例如，英国 在总长522m米的三跨变高度连续钢箱梁桥Foyle桥上布设传感器，监测大桥运营阶段 在车辆与风荷载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，同时监测环境风和结构温度 场。国外建立健康监测的典型桥梁还有英国主跨194m米的Flintshire独塔斜拉桥、日 本主跨为1991m米的明石海峡大桥和主跨1100m的南备赞瀬户大桥、丹麦主跨1624m的 Great Belt East悬索桥、挪威主跨为530m的Skarn sunder斜拉桥、美国主跨为440m 的Sunshine Skyway Bridge斜拉桥以及加拿大的Confederatio Bridge桥。中国自20 世纪90年代起也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的长期监测系统，如香港的 Lantau Fixed Crossing和青马大桥、内地的虎门大桥、徐浦大桥,江阴长江大桥等在 施工阶段已安装健康监测用的传感设备，以备运营期间的实时监测。 导致桥梁结构发生破坏和功能退化的原因是多方面的，有些桥梁的破坏是人为因 素造成的，但大多数桥梁的破坏和功能退化是自然因素造成的。自然原因中，循环荷载 作用下的裂缝失稳扩展是造成许多桥梁结构发生灾难性事故的主要原因。近年来，国内 发生的几起大桥坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由于构件疲劳和监测养护措施不 足，从而严重影响构件的承垂能力和结构的使用，进而发生事故。理论研究和经验都表 明，成桥后的结构状态识别和桥梁运营过程中的损伤检测，预警及适时维修，有助于从 根本上消除隐患及避免灾难性事故的发生。 现代大跨桥梁设计方向是更氏、更轻柔化、结构形式和功能日趋复杂化。虽然在设 计阶段己经进行了结构性能模拟试验等科研工作，然而由于大型桥梁的力学和结构特点 以及所处的特定气候环境，要在设计阶段完全掌握和预测结构在各种复杂环境和运营条 件下的结构特性和行为是非常困难的。为确保桥梁结构的结构安全、实施经济合理的维 修计划、实现安全经济的运行及査明不可接受的响应原因，建立大跨桥梁结构健康监测 系统是非常必要的。通过健康监测发现桥梁早期的病害，能大大节约桥梁的维修费用， 避免出现因频繁大修而关闭交通所引起的重大经济损失。 桥梁健康监测就是通过对桥梁结构进行无损检测，实时监控结构的整体行为，对 结构的损伤位置和程度进行诊断，对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行 智能评估，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号， 为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据和指导。安装结构健康监测系统是提高桥梁的 养护管理水平，保证桥梁安全运营的高效技术手段。 特别值得一提的是，桥梁的健康监测和施工监控系统均是通过检测和监测手段， 测试桥梁结构的内力、变形、环境和荷载，因此，它们在传感器系统、数据传输系统和 数据采集系统都具有很大的共享性和虫复性。此外，两个阶段在时间顺序上具有衔接 性，施工监控阶段的监测数据是健康监测阶段的基础。为了节约资源、降低匸程造价， 应充分发挥两个系统的共享性，对上述两个系统进行统筹规划和实施，即采取统一设 计、统一施工和统一管理的方式，以实现海河大桥的健康监测和施工监控两位一体的工 程实施。 2琅岐闽江大桥工程概况 福州琅岐闽江大桥见图1。该桥为双塔七跨连续半漂浮体系钢箱梁斜拉桥，主桥全 长1280m,主跨680m，起止里程K3+?K4+,跨径布置为(60 + 90+150 + 680 + 150 + 90+60) m,墩号0?7号，除亭江侧0?2号桥墩位于岸上外，其余各墩均位于水中。 该桥在两岸各设引桥一座。琅歧侧引桥山水中引桥与岸上引桥两部分组成。水中 引桥为60m跨径的