来看看用五年的健康监测数据可以得出哪些成果

行业前沿 4个月前 (02-24) 717 人围观 0

今天读到一篇博士论文,华南理工大学李英华博士的《基于长期健康监测的连续刚构梁桥的性能分析与演化规律研究》,挺有收获,与朋友们分享。

通过传感器系统,对桥梁结构进行量测,在施工期间叫施工监控,包括实时监测和线形控制,目标在控制;施工完成,在运营期间通过传感器采集数据,这就是健康监测了。碰巧的是,这两个活儿,我都接触过。我的体会是,施工监控因为有线形这个指标的存在,为了在合龙以及成桥验收的时候不丢人,平时干活就不能掉链子。

至于健康监测嘛,我是真见过糊弄的,要么是采集数据的时间间隔太久,要么就是人到现场的时候发现传感器的线都被剪断了。。。

李博士的这篇论文提到,他用了肇庆西江大桥的五年健康监测数据——这是我见过文献中数据量最大的了!

就是这座公路桥,希望我没有找错图。。。

和许多同类项目一样,健康监测是作为施工监控的延续存在的,因此传感器的选择和布置也具有共用的特点。

这个项目中,采用的是常见的,带有测温功能的应变计和温度传感器。

量测方法分两种,应变采用传统的逐点测量方法进行,温度数据则通过无线远程传输方式到计算机上。

用常规设备+长时间的观测可以得到最有益的结论是什么呢?我觉得是加深了对作用的认识。

无论是监控还是监测,一个尽可能接近桥梁实际情况的有限元计算模型都是必要的。

在常见的短期控制与检测过程中,能够通过现场搜集的,可以改善模型计算精度的数据,包括材料强度、弹性模量等基本属性,以及结构尺寸偏差、施工影响因素等。但对于“作用”,尤其是桥梁在运营期间的可变作用,往往由于数据不足而只好直接使用规范规定或经验值,这显然是和实际情况有很大差异的。

李博士在他的论文中,给出了两方面的参考:

温度代表值的确定

刚构桥受温度的影响非常显著,由一年中的季节、一天中不同时刻日光照射造成的温差,都会使桥梁内部产生温度应力的重分布,甚至导致混凝土开裂。

为了让梁体有足够的强度储备,必然要进行温度内力/应力验算,然而,通常情况下在模型中取的温度值和温度梯度和真实情况是有差异的,要么不经济要么不安全。

李博士给出了一种解决方案,那就是根据实测的温度数据进行拟合,得到温度的概率函数,再利用概率函数得到温度的代表值——虽然自然环境下的温度分布无法精确计算,但总归是与实际情况更接近了一些。

但这里似乎也有个问题,通过健康监测得到的结论往往有“事后诸葛亮”的感觉——当得到合适的温度场信息之后,已经无法对“更合理的设计”做出贡献了,只能在后期的桥梁运行状态评估中用于重要的结构分析依据了。然而如果可以通过某种方式实现信息共享,是不是对该桥位所在地区的后续桥梁工程建设提供更加靠谱的参考呢?

超重车辆识别

超重车辆是桥梁的最大的危害因素。以往对超重车辆的监控主要依靠公路管理部门,在加油站设置的称重装置。然而有些时候,超重车辆还是被放行到桥上了。

而此时桥梁“体内”还有工作中的应变传感器啊!

利用小波分析这个工具,对应变数据进行处理,可以得到规律明显的应变曲线。

利用ANSYS有限元分析工具,得到普通车、超重车作用下的应变数值变化范围,并以此作为阈值,这就是“超重识别”的依据,具体流程如下:

李博士自己也写到:

开发了一种从长期健康监测系统的监测数据识别超重汽车的方法,研究显示建议的方法可行,可以帮助交通管理部门掌握超重汽车荷载信息并且有助于桥梁损伤的进一步分析,拓展了健康监测系统的应用领域。

这的确是个不错的主意,将来如果可以实现机器自动识别,结合桥上的视频系统,会给桥梁管理提供更大的空间。

总体来讲,李博士这篇文章很有新意,创新点足够饱满,值得借鉴!