桥梁结构系统管理（通用7篇）
桥梁结构系统管理 篇1
1 系统论
上个世纪四十年代, 一般系统论的新思维由贝塔郎菲提出, 然后维纳与申农又提出控制论与信息论, 至此改变了人们对事物整体与部分关系的看法, 完成了机械整体性向系统整体性的发展。在六七十年代, 系统科学出现了普里高津的耗散结构论、哈肯的协同论、艾根的超循环论以有托姆的突变论, 其主要针对系统的存在、发展与消亡过程进行探讨, 强调所有的净化系统均可以自行组织, 而且不同要素之间具有协调作用。从七十年代以来, 越来越多的人开始关注系统的核民问题, 即研究系统机制, 此时混沌理论、分形理论以及孤波理论等解释系统机制的相关理论构成了系统动力学理论, 其主要是对系统的非线性机制进行考察。从某种意义而言, 凡物皆系统, 对任何系统的考察均要分析其要素、结构以及功能与环境等各个方面。系统的主要特性体现在以下几个方面:加和性与非加和性、整体不等于部分之和、要素与结构以及环境决定了系统的整体功能、系统功能由结构来决定等。只有开放的系统才能产生新的结构, 这是由于系统处于非平衡态, 只有外加能量或者信息才能维持。系统远离平衡态失稳以至形成新的结构要依赖于非线性的反常涨落。涨落在远离平衡时起驱动作用, 不可逆性会导致新的结构, 产生新的质。如今在很多领域均已开始应用系统论, 此处我们就基于系统研究的思想对桥梁结构的相关新领域进行系统的理解, 进而在桥梁系统的研究领域引入系统机制理论。
2 桥架结构系统
桥梁结构比较复杂, 由各种结构以及很多不同的材料组合而成, 图1是对桥梁结构进行的简单介绍。
桥梁结构系统, 是整个桥梁工程中的一个很重要的子系统, 而桥梁结构系统又是由多个子系统组合而成的, 系统是由基本构件组合形成的, 这其中也包括很多的要素、功能、结构以及环境等多个方面的内容。应该注意的是, 桥梁结构系统并不是简单地等同于各个部门的总和, 而是由各个系统优化组合而形成的一个整体, 比如, 单个梁构件组合在一起不能帮助桥梁实现跨越峡谷的目标, 但是经过一系列的特定的构造, 将多个构建结合在一起, 则可以形成斜拉桥或者是悬索桥, 即可完成桥梁的跨越功能。从某种程度而言, 构件单元、结构体系、环境状况等决定了结构系统的整体功能, 而其中系统的结构体系又起到决定性作用。一般跨海大桥的桥型选择会优先考虑大跨斜拉桥以及悬索桥等;如果抗震性能要求比较高, 则要选择诸如连续刚构以及斜拉桥等抗震性能比较优良的结构系统;或者是可以对连续梁实现结构的改造, 从而可以起到好的抗震作用。
耗散结构理论认为, 在非平衡区内, 由于远离平衡状态, 因此无法确定出基于非线性非平衡作用的系统演化方向, 而在这种情况下, 系统可能会发生平衡性的突变或者是分叉等现象, 这样会使得整个的系统出现新的稳定性状态, 而这属于非平衡性的结构, 因此, 想要提高系统的稳定性就要接受环境注入系统中的负熵流。该理论也可以应用到桥梁结构中的非线性行为, 由于系统的突变导致的桥梁失稳现象, 会使得桥梁系统出现地震荷载的作用, 其延性抗震性能也体现出了这一特点。
3 桥架结构的系统研究思路
3.1 系统识别与健康监测
系统识别是指是指利用计算机技术以及相关的试验手段对系统结构进行建模。桥梁结构处于特定的环境中, 会遵循一定的输入对应一定输出的规律, 分析系统的输入与输出, 即可对结构系统加以判断与识别。首先是要建立一个由桥梁整体进行监测的难点, 因为, 在桥梁的使用年限内, 由于种种方面的限制, 不能对桥梁的系统进行全面的深入研究, 因此, 就无法建立统一的、客观的、桥梁状态的评估标准, 因此, 为了保证整个桥梁技术的开发成功, 从而实现系统的目标, 就要将系统的各个要素、功能以及结构结合起来。对桥梁结构系统的健康监测与评估要注意以下几点:
第一, 系统输出:开发实现基于无线通讯技术的数据采集系统, 设计出可以适用于交通荷载、风荷载以及定点测试荷载的传感器最优布设技术。第二, 反向分析系统的输入与输出:根据动态边界子结构原理, 开发出结构损伤设别系统, 其以结构模型修正法为基础, 深入研究非线性结构模型的时域评估方法与系统识别技术;探索新指纹技术, 提高其在桥梁监测方面的实用性;设计桥梁的监测数据系统、桥梁观察系统以及相关的决策专家系统;同时还要采用良态的建模技术对模型修正作出改正。第三, 应用系统分析终端:将观察以及监测的结果相结合从而对桥梁的承载能力进行分析;设计桥梁的安全准则;建立估价模型, 对桥梁整个寿命过程进行经济性评价。
3.2 系统控制
古典控制理论于20世纪20年代起开始出现, 其主要研究对象是单变量线性定常系统, 采用频率法研究系统动态特性的控制方法。自五十年代, 现代控制理论如多变量系统、动态系统测试状态空间方法以及系统灵敏度分析等多种方法开始相继的出现。控制理论的研究主要借助动力学系统, 桥梁结构在受到动力的荷载时会表现出一定的不确定性以及随机性, 这使得很多的专家学者开始专注这种非线性的行为。尤其是在桥梁的抗震领域, 关于其传统的抗震设计也向着控制理论的方向发展。结构控制方法主要有三种:主动控制、被动控制与混合控制, 主动控制是主动施加外部能将将环境输入能量抵消或者消耗掉, 从而新的注入能量流会作用于系统, 使其在偏高平衡状态下找到平衡;被动控制是利用将支座以及阻尼器等系统, 将输入的外部环境的能量消耗掉;混合控制是主动控制与被动控制二者的结合。
其实十九世纪末就出现了最早的隔震器, 如今应用于系统被动控制的有叠层橡胶、旋转弹簧等多种支座与弹塑性、粘性、干摩擦等阻尼器。滑动隔震体系统的出现将传递至结构系统的输入能量控制在最小的范围内, 其采用了位移控制装置与滑动支座相结合的方法。目前有些诸如AMD等主动控制技术已经进入实用阶段。主动控制不仅可以有效的抵抗外部激励, 而且可以减小输入结构的激励水平。目前对系统进行主动控制的技术包括主动连杆控制技术以及主动调质阻尼器系统技术。而目前的混合控制系统主要包括对振动控制系统、混合基础隔震系统以及可变阻尼系统等。当然, 现阶段这类技术还相对不够成熟, 但是后续其不仅会广泛应用于桥梁抗震抗风领域, 而且在建筑领域其应用前景也十分广阔。
3.3 系统非线性机理
传统自然科学更加偏重稳定、单一以及有序、均衡, 这种传统的科学表现出了鲜明的线性特征。直到20世纪70年代左右, 自然科学才逐渐的向着失稳、多重性以及无序、非均衡的方向转变。非线性是一切复杂现象的本源, 因此自然科学的主要研究对象也开始向非线性系统发展。上世纪七十年代由费根包姆提出的混沌理论有效的促进了系统科学中非线性理论的应用, 混沌理论、分形论以及孤波理论等共同构成了系统动力学理论, 对系统的非线性机制进行深入探讨。桥梁结构系统也属于混沌系统的范畴, 其体现出不可分解、不可预测以及存在规律性等特征, 并且该混沌系统具有分形性质, 即自相似性。
3.3.1 分形与分维分形指系统通过某种方式组成与整体相类似的形, 分形的实质是一类规则, 复杂、混乱, 但是局部又与整体相类似的体系。数学家按照特定的规则构造出规则分形集合, 其具有严格的自相似性。图2为柯曲折线结构, 其体现出严格的自相似性。
在自然界中, 海岸线、云层边缘、地球表面以及断口表面与液体湍流等均属于分形系统, 其并没有一个严格意义上的分形, 其自相似性也只是统计意义上的近似。通常在某些特定的尺度范围, 分形自然体局部与整体的某种相似性才会成立, 称这些特定的尺度范围为无标度区, 而在无标度范围内具有自相似性的分形称其为随机分形;客体在结构、信息以及功能、时间上具有自相似性则称其为广议分形。
在研究实际问题过程中, 保需对某个事物是否存在无标度区进行检验, 即可确定该事物是否具有局部或者整体的相似性。把事物按照尺度r分为N个相似部分, 针对变化的r绘出igr-lgN曲线, 再对该曲线进行检验, 确认其是否有明显的直线段, 如果有, 则其所对应的区域即为无标度区域。该方法是依自相似集的相似维数是不依赖于尺度r的一个常数为理论依据。分维是定量参数, 其是对分形特征的描述。由于其描绘的具体对象不同, 相应的分维计算的形式也各有不同, 比如相似维数、容量维数、信息维数、关联维数以及集团分维与质量分维等形式。在地震学领域, 大量研究均是针对地震的时、空、强度分维及其多分维展开的。普遍认为地震为多重分形, 在地震前后, 分维值会发生变化, 这种变化为研究地震前兆的复杂性提供了有效的分析工具。针对桥梁的抗震设计, 地震输入与结构反应特征与结构破坏有直接的关系。分析弹性反应谱的三联谱可以看出, 不管是岩石场地弹性反应谱还是结构的弹性反应谱, 均体现出明显的分形特征。
3.3.2 桥梁的抗震与分形特征分形不仅在自然科学以及社会科学等诸多领域中存在, 其在桥梁抗震领域同样存在。首先, 地震动为结构的输入荷载, 其能量就体现出一定的分形特征, 并且能量分维还有可能作用地震预报的新参数。其次, 地震动反应谱是地震动特性联系结构动力反应的纽带, 其属于统计意义的分形结构, 结构反应的分形特征也是由其来决定的, 尤其是以周期为标度, 结构反应与反应谱的无标度区应该一致。如图3所示。
第三, 研究礅柱的破坏准则过程中可以发现, 在划分桥梁域的不同破坏程度时, 可以将变形能量双重破坏准则的破坏指数当做合理的指标, 以墩柱体积的配箍率或者输入地震动的峰值为标度, 破坏指数体现出近似分维的特征。在对桥梁结构出现的地震反应进行分析时, 以往复杂的结构有限元模式可以由建立代分析模型的方法取而代之。在桥例计算与理论分析后可以发现, 以刚度为标度, 结构周期、墩底弯矩以及墩顶位移反应均存在无标度区;而以周期为标度, 则墩底弯矩与墩顶位移反应其分形特征也十分明显, 与反应谱体现出的分形特征相同。
结合两个实际的桥例建立有限元模型, 并将结构动力反应受边跨主跨跨径比、梁墩刚度、局部构件以及支座单元等因素的影响考虑进来。对实际桥例进行分析可以看出, 如果标度不同, 不管是跨度比、梁墩刚度比还是支座的刚度等, 其动力反应均会体现出与多重分形近似的特征, 由此可见, 分维值可以将动力反应对不同标度的敏感程度直观的反映出来。
在桥梁结构动力分析领域应用分形与分维的概念, 关键是要对桥梁结构动力特性是否体现出分形特征进行研究。斜拉桥的纵飘基频对于跨径尺度, 主塔侧弯基频对于塔高, 体系坚弯基频对于跨径, 侧弯基频对于跨宽比以及扭转基频对于跨径都具有统计意义上的分形特征。悬索桥竖弯基频、侧弯基频及扭转基频对于跨径或主缆垂度, 具有统计分形特征, 利用分数维, 可以得到比常用估算公式更为接近实桥值的基频简化计算公式。以桥长为标度, 小跨径桥梁的基本侧向周期分维为1.20。桥梁结构系统涉及参数多, 统一的规律多存在于定性阶段。分维的概念使得对于性质的认识可以定量描述, 正如在许多领域, 分维对非线性、无规则现象的描述那样。显然, 这还需要大量的工作和艰辛的努力。由上述分析可以看出, 混沌系统体现出一定的规律性, 而分形理论的主要内容就是对这种规律加以描述。其实, 不只是桥梁抗震领域存在分形规律, 在整个桥梁大系统乃至更大的土木工程领域均广泛存在。
4 结论
通过上述分析可以得出如下结论:首先, 桥梁结构这种动力学系统体现出要素与结构复杂性的特点, 其具备生存环境与结构功能;其次, 桥梁结构系统识别与健康监测的重点为结构, 其为整个系统的核心部分, 尤其是结构的指纹分析;再次, 通过主动施加外部能量来实现对系统的控制是结构控制的主要发展方向;桥梁结构系统具有分形特征, 分维值对结构非线性的描述是一个有效的工具。
摘要：本文基于系统研究的角度来理解桥梁结构的新领域。桥梁结构属于一个动力学系统, 其具备生存环境与结构功能, 其组成要素与结构十分复杂。在桥梁结构系统识别与健康监测领域应用系统研究的思路, 其对系统的控制是通过主动施加外部能量实现的。桥梁结构系统体现出一定的分形特征, 而分维值是描述结构非线性的有效工具之一。
关键词：系统,桥梁,分形
参考文献
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[2]袁万城, 崔飞, 张启伟.桥梁健康监测与状态评估的研究现状与发展[J].同济大学学报, 1999 (, 2) .
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[5]张钟俊, 姚勇.自然、社会及人脑中的非线性[J].自然杂志, 1986 (, 11) .
桥梁结构系统管理 篇2
兰新实习后，我们懂得很多关于工程施工方面的知识，但有些方面我很缺乏，对结构力学这方面接触的很少，很不到位，所以每当师傅问起我时，总是一问三不知，看不懂是经常的事，什么弹力力学，就像看天书一样，微不足道。刚回来就在老师这里得知，要开桥梁结构计算这门课程，听起来很是兴奋，学了这么久，总算是能接触到这门课程了，虽然我们比起本科生要学得简单些，但对我们这些学铁道工程的学生来说，已经很满足了！
桥梁的计算是一门各式桥梁结构内力的计算，竟而进行分析，运算，根据现有的交通状况，地质条件，气候变化，材料的强度，桥梁的总质量等，做出一系列的分析论证，合格后方能设计施工。
桥梁结构理论与计算方法 ：
桥梁结构整体分析、面板分析、壁箱梁理论、凝土及组合结构理论、桥计 理论、弯桥计算理论、支承桥计算理论、梁结构的特殊计算问题
桥梁结构整体分析：桥梁结构分析的有限元法、式结构分析的有限条法、截面连续梁、拱式结
分析的子结构法、量原理及组合结构分析的变形协调法、梁结构的材料几 非线性分析、桥面板分析
构造正交异性桥面板分析、桥面板有效分布宽度、悬臂桥面板计算理论、钢桥面板计算理论
薄壁箱梁理论
薄壁箱梁的弯曲理论、薄壁箱梁的扭转理论、壁箱梁的畸变理论
混凝土及组合结构理论、混凝土的徐变收缩理论、混凝土的强度理论、混凝土结构基本计算理论、混凝土的裂缝与刚度理论、钢——混凝土结合梁分析理论、拱桥计算理论、拱桥弹性理论、拱桥挠度理论、斜弯桥计算理论、斜弯桥荷载横向分布计算方法、斜桥计算理论、弯桥计算理论、索支承桥计算理论、悬索桥计算理论、斜拉桥计算理论
从三维结构系统模型看团队管理 篇3
一、组织活动维
1．团队规模。从理论上来看，团队规模应与具体行动的计划和目标相吻合。但在目前的中国企业，团队规模应尽量小，这是由团队系统的效率决定的。随着团队规模的增加，团队无效率的现象会上升。首先，根据公平理论，每个人都在将自己的投入与产出进行纵向比较，同时也会将自己与他人的投入产出进行横向比较。团队强调整体绩效，这就使个人投入与团队产出相对应，而与自身产出的关系模糊，即个人认为自己贡献无法衡量时，个人就会降低自己对团队的贡献，团队效率就会降低。如果团队成员认为其他人未尽到职责而却与自己收入无差异，也会降低自己的努力程度，从而使团队效率降低，甚至失去人才。其次，如果团队规模过大，团队成员间的人际关系趋于复杂，彼此间的了解和信息沟通将会减少，造成了冲突存在的隐患。而人数的增多，造成人浮于事，甚至会有小集团的出现，使团队的管理成本上升，团队凝聚力降低。最后，在知识经济时代的大环境下，企业生存发展的根本前提是要提高学习的效率，对于小规模的团队而言，便于学习、行动快捷、反应灵活、适于竞争。而规模超过一定数目时，团队成员间创造性互动的效率和质量会降低。在我国现阶段，团队规模应尽量小。
2．共同目标。当团队组建起来，就要确定团队成员的共同目标。团队系统中的要素即单个成员都可以被认为是“理性复杂人”，他总是追求自身需要体系满足程度的最大化。只有当团队目标与个人目标相一致，采取团队行动比采取个人行动更能满足自身需要时，才会产生团队行为。马斯洛在其晚年从事出色团队研究时发现，他们最显著的特征是具有共同的目标。在这些团队中，任务与员工本身已无法分开，或者说当个人强烈认同这个任务时，定义这个人真正的自我就必须将他的任务包含在内。所以团队管理要在组织目标和个人目标之间寻找动态平衡，建立共同的目标。
3．绩效评估。要发挥团队的效用，仅有共同的目标是不够的，还需要有客观的绩效评估标准。巴纳德认为：要使个人行为有利于组织目标的实现，应满足“诱因≥贡献”。诱因是指组织给个人的报酬，贡献是指个人的努力和牺牲。因此，在考评团队整体绩效基础上区分出个人绩效，充分调动个人主观能动性是相当重要的。如果只把员工个人的工作结果作为绩效考核的依据，会加剧团队成员间的不良竞争，不利于团队的整体绩效。因此，可以采用同事评价和自我评价相结合的方式来进行绩效评估。
二、组织效应维
1．优势互补。系统的功能是由组织效应决定的，但其整体功能不等于诸要素功能的简单相加，而是通过要素间的相互联系和相互作用可以产生功能放大或功能缩小的现象。根据量子力学中的泡利不相容原理：“在微观粒子的任何集团中，容许能量的每一状态所容纳的粒子不超过一个。”我们可以将其延伸到团队中，由能力互补的人组成的团队会产生1+1>2的效果；而能力相同或相近的人组成的团队则会产生内耗，会出现1+1<2的结果，只有将他们分开来用，才可能产生2÷2>1的效果。由此可见，优势互补是团队效用最大化的根本准则。
2．信息共亭。知识经济时代的一个基本观点是：在人们互相交流时，知识得到发展。对企业而言，信息共享可以促进知识的发展和利用，从而使企业在激烈的竞争中取胜。信息共享的基础是相互信任、坦诚沟通的团队内部环境。信任是组织生命中产生奇迹的因素，是一种减少摩擦的润滑油。如果团队成员之间不信任，他们不仅会隐藏自己的弱点，而且会隐藏自己的才干，甚至倾向于相互贬低，从而造成团队内部的摩擦。只有在信任基础上建立的人际间契约关系，才可能节约管理成本和交易成本。
3．合作与竞争。团队的发展基于团队成员间的有效合作，合作的基础是双方的相互信任和互利。这是一种双方相互依赖的联合行动。当个体能彼此合作分担团队的共同目标时，每个人都对整体负责，而不仅仅是对自己的一小部分负责，就可以使团队效用最大化。合作与竞争是团队精神的真正内涵，是发挥团队最大效用的必要条件。
三、组织氛围维
1．情绪。情绪是一种心理活动，是人们采取某种行动的驱力。塑造和谐的团队气氛，不仅取决于每个成员的情绪智慧，更重要的是取决于团队成员的整体情绪水平。团队整体情绪水平是促进团队发展、优化团队整体绩效的根本途径。
2．团队规范。所谓规范，就是群体成员共同接受和遵守的行为准则。团队规范强调以任务为核心，确保团队出色地完成任务。它是通过最少的外部控制来影响团队行为的手段，也是最终团队文化的基础。它不仅用一种无形的压力来约束成员的行为，而且可以激励有益的行为使企业健康的发展。团队规范的存在使企业的运行更多地依赖于预先制订好的规范，减少了对少数成员的依赖，建立一个公正合理的制度构架并以此来规范、约束和激励团队成员，使个人价值和企业发展成为统一互动的关系，可以确保团队及其成员的利益最大化，是促进团队发展、发挥团队效用的有力武器。
3．团队精神。团队精神是团队成员为了团队的利益和目标而相互协作尽心尽力的作风，主要表现为高度的使命感、责任感，成员间的彼此宽容、信任、互助以及整体公开公平的气氛。团队精神是企业管理的软因素，是进行团队建设、提高团队绩效的重要手段。
在知识经济时代，信息和速度是企业胜出的关键，信息联系更是组织的核心。团队作为企业的一个开放子系统，与外部环境进行沟通获取信息，是保证团队高效运作的基础，是团队生存发展的根本条件。外部环境对企业的影响形成了团队系统的促协力场。同时团队是一个动态系统，它不会永远处于稳定的均衡状态，当团队系统成员间达到内部环境和谐时，团队强大的凝聚力和吸引力会形成协同力场。在内部协同力场与外部促协力场相适应时，团队系统就会产生很强的协同作用。优势互补的成员结构，合作与竞争的机制，团队规范的建立，都能够使团队系统达到一种动态平衡。团队系统内部的要素是相互联系相互作用的，能够产生整体功能的非加和性，使系统产生了自组织结构。同时团队中的冲突管理，信任与沟通都是通过非线性调节机制来完善的，使团队系统保持了有序状态。团队成员情绪的波动性构成了团队整体状态的涨落，因此团队的情绪管理是控制团队系统朝有序方向发展的重要保证。由此可见，团队这个三维空间耗散结构是一种动态平衡结构，比传统的组织结构更适合于知识经济时代企业的发展。
浅议桥梁结构健康监测系统 篇4
“主动式”的桥梁管理核心是建立桥梁维护管理制度,定期对桥梁进行检测(对重大桥梁安装桥梁结构健康监测系统,对其进行“实时检测”),及时了解桥梁的安全状况,并采取相应的修理措施,避免安全事故的发生。
1 桥梁结构健康监测系统基本框架
一个较为完整的桥梁结构健康监测系统一般包括以下四个子系统:传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统和桥梁健康评估系统。
1.1 传感器系统
一般桥梁结构健康监测系统选用的传感器包括两大类:一类是监测桥梁荷载(系统输入)的传感器,一类是监测桥梁结构反应(系统输出)的传感器。
监测桥梁荷载的传感器包括以下几种:温度计、风速仪、空气温湿度计和汽车动态称重系统等;监测桥梁结构响应的传感器包括以下几种:应变计、加速度计、GPS、倾角仪、位移计、锚索计等。
根据不同的桥梁结构形式和工程预算的约束,不同的工程可以选择不同的传感器种类和数量。传感器系统设计主要是传感器种类和数量的选择,重点是传感器布点优化设计。
1.2 数据采集与传输系统
数据采集设备一般包括五种:1)通用采集仪器,主要采集电类传感器信号,一般可针对具体的项目进行特殊设计。2)光纤光栅解调仪,光纤传感器是近些年来兴起的传感器种类,对于桥梁监测系统光纤应变计和温度计得到了日益广泛的应用,采集光纤传感器信号使用光纤光栅解调仪。3)振弦采集仪,对于振弦原理设计的传感器必须用振弦采集设备,如锚索计等。4)GPS接收机,GPS数据采集由专门的系统设备完成,GPS天线通过同轴电缆连接至相应的GPS接收机。5)动态称重主机,WIM系统的数据通过高速称重主机接收压电传感器和地感线圈的信号来进行采集。
数据传输包括三个层次:1)从传感器到采集设备的局部传输网络;2)从采集设备到桥头交换机二级传输网络;3)从桥头交换机到监控中心的骨干传输网络。数据采集与传输系统主要是与传感器匹配的采集仪器的选择、通道数和采集频率的确定,以及数据传输方案的设计。
1.3 数据处理与控制系统
在结构健康监测系统中,对系统监测数据的处理根据处理方式、处理内容以及处理顺序的不同分为数据预处理和数据后处理。系统的数据处理功能由数据库服务器与工控机共同来完成。
数据采集系统中的原始监测数据的预处理是在各子系统采集仪上完成,包括通用数据采集仪、光纤解调仪、GPS接收机、WIM称重主机。预处理后的数据经桥头交换机通过光纤传回监控中心,监控中心的工控机接收预处理后的数据并实时显示。
经预处理后的数据实时的传输至监控中心,在各工控机中通过数据处理软件进行数据后处理,由于数据后处理涉及更为复杂的处理方式,因此有时可能需要进行人机交互的数据处理方式。
1.4 桥梁结构健康评估系统
桥梁结构健康监测系统直接目的是为了桥梁结构评估。桥梁结构评估包括两个层次:一个层次是基于对监测数据的分析判定桥梁上是否发生了病害,并确定病害大致位置,辅以人工检查确定病害程度和性质。第二个层次是在上述病害下桥梁是否安全,是否需要维修加固。第一个层次是桥梁损伤识别的研究范畴;第二个层次一般有基于可靠度理论的分项系数评估方法和基于精细有限元分析的力学方法。桥梁健康评估系统是桥梁健康监测系统的核心。桥梁健康评估系统主要功能是根据采集的数据和分析结果对桥梁承载能力进行评估,为桥梁维护提供决策依据。
2 桥梁结构健康监测系统国内外应用现状
20世纪60年代以来,由于发达国家桥梁严重退化,安全事故不断发生和事故后果的严重性,工程技术人员对桥梁结构监测展开了积极的探索。一方面是桥梁管理系统的研究,美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家最先开发了基于计算机的桥梁管理系统,美国从20世纪60年代起就开始使用桥梁管理系统,建成了大量的数据库,以便对桥梁进行科学管理。另一方面是监测系统的研究,到90年代国内外许多大型桥梁安装了健康监测系统,如日本的明石海峡大桥、丹麦的Great Belt和中国的江阴桥等。
中国香港的青马大桥、汀九桥和汲水门桥三座桥梁同时安装了风与结构健康监测系统WASHMS(Wind And Structural Health Monitoring System),为便于集中管理,相关部门建立了一个整体监控中心,三座桥梁共用一套整体的数据处理与控制系统和结构健康评价系统,三座桥梁的数据采集与传输作业的控制在监控中心统一进行,其各自的采集数据也在监控中心进行统一的数据处理和结构分析。昂船洲桥梁结构健康监测系统(SCB-WASHMS)也设计了专用的数据传输线路,将实时监测数据传送到青马控制区上述三个监测系统的监控中心。
近年来,我国的一些大型桥梁也设计安装了结构健康监测系统,如广东虎门大桥、重庆大佛寺桥、海口世纪大桥、南京三桥、江阴大桥和润扬长江大桥,以及苏通长江大桥结构健康监测系统等。与国外相比,我国的这些桥梁结构健康监测系统在工程规模、实施水平和系统功能的完善上存在着不小的差距,具体表现在以下四个方面:
1)这些所安装的监测系统不是按结构损伤识别的功能要求来设计的,对其关键内容,如传感器的布置、阻尼及非经典阻尼的测量、模态精度与损伤识别能力间的关系、采样率、结构的剩余承载力评定等基本上没有考虑,因而基本上没有进行结构损伤识别的能力。这些监测系统所采集的数据主要是各种荷载参数,虽然也量测了少量结构动静态应力和变形,但不符合损伤识别的要求。
2)到目前为止,虽然已经建成了一些监测系统,但尚未见到国内公开发表的实际桥梁安全监测系统的监测数据和对数据的分析结果,更未见到这些分析结果对结构设计的改进作用。
3)桥梁监测系统要求所有的传感器在数据采集上具有严格的时间同步,这样监测的数据才有分析比较的价值,而目前国内很多系统还没达到这种最基本的要求。
4)大多数桥梁监测系统设计都是根据桥梁竣工验收试验的内容设计的,基本没有原始的动力指纹测试内容。而没有原始的动力指纹测试就谈不上真正意义上的结构健康监测。
另一方面国内一些有实力的单位在桥梁健康监测方面也开展了基础性的科研工作,取得一系列重要成果如:1)国家攀登B项目“重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究”。2)国家重点基础研究发展规划(973)项目“灾害环境下重大工程安全性的基础研究”中子课题“考虑功能蜕化的重大工程结构在灾害作用下破坏过程模拟与控制方法”(项目编号:2002CB412709)。3)中国香港青马、汀九、汲水门大桥风与结构健康监测系统(WASHMS)研究。这些新的研究成果可以用来指导新建的桥梁结构健康监测系统的设计和数据分析工作。
3桥梁结构健康监测系统的意义
桥梁结构健康监测系统的主要作用包括:1)设计验证,确保桥梁安全;2)及时发现桥梁损伤;3)为桥梁维护管理提供技术依据;4)辅助桥梁日常交通管理。
摘要：对桥梁结构健康监测的传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统及桥梁健康评估系统进行了论述,指出了目前国内外桥梁结构健康监测系统存在的差距,阐述了应用桥梁结构健康监测系统的意义,旨在保证桥梁运营安全。
关键词：桥梁,健康监测,系统
参考文献
[1]袁万诚,崔飞,张启伟.桥梁健康监测与状态评估的现状与发展[J].同济大学学报,1999,27(2):93-95.
[2]Farrar C R,Worden K.An introduction to Structural Health mo-nitoring[J].Phil Trans R Soc A,2007,365(1851):73-75.
桥梁结构裂缝的维修 篇5
桥梁结构裂缝的维修
近年来,公路交通量不断增加,公路桥梁负荷日趋加重,公路桥梁建成运营中受到风、雨、水流的`侵袭,湿度、湿度变化的影响,通过车辆荷载及冲击的作用,甚至遭到地震、船舶撞击的严重损害,目前不少桥梁出现太量裂缝问题.
作 者：陆巍 作者单位：海口市桥梁管理有限公司,海南海口,570105刊 名：科技风英文刊名：TECHNOLOGY WIND年，卷(期)：“”(14)分类号：U4关键词：桥梁 裂缝 维修
桥梁结构系统管理 篇6
桥梁结构健康监测系统主要包括:传感器子系统、数据采集子系统、数据处理和结构分析子系统、远程综合管理子系统。上述各部分共同构成一个有机的整体,每一部分不可或缺,其中数据采集子系统搭起了传感器子系统和数据处理分析子系统的桥梁,因此,数据采集子系统在整个监测系统中具有重大作用。与传统的桥梁检测方法相比,大跨度桥梁结构的健康监测系统传感器种类多、数量大、信号传输与存储的实时性要求高,这对数据采集系统的软硬件相应提出了很高的要求。
要实现大型桥梁的长期在线实时监测,大型桥梁结构健康监测系统的传感器子系统,必须能够较全面地获取桥梁结构的环境荷载、局部性态、整体性态等信息。桥梁结构所需要监测的内容主要有: (1)外部环境及荷载监测: 监测和记录能够对桥梁结构的受力状态、安全性、耐久性、完整性等产生影响的外部因素及其时间历程。主要包括风、温度、湿度和车辆等。(2)桥梁形状的几何监测: 监测桥梁整体结构以及各重要部位的静态位移、基础沉降、倾斜, 桥梁的整体线型变化等, 以保证桥梁结构在服役期内的适用性。(3)桥梁局部性态和整体性态变量监测: 监测桥梁构件以及整体结构在上述外部荷载作用下的响应。上述3个方面的监测内容基本上概括了桥梁服役过程中的安全性、耐久性、适用性评估等需要的外部荷载和结构响应。
1 传感器子系统对数据采集系统的影响
数据采集系统的设计与传感器的输出信号和监测变量的特征有关,主要体现在以下几个方面:
(1)传感器的输出信号特征直接决定了数据采集设备的选择。有的传感器可直接或间接输出模拟电压信号,其中部分模拟信号需要进行调理: ①低电压信号如集成式压电加速度传感器等的隔离、放大、滤波及去噪等; ②热电偶信号的隔离、放大、冷端补偿等; ③电阻式应变计信号的激励电压、全桥和半桥设置、隔离、放大、滤波及去噪等。有的传感器可输出数字信号,这类传感器通常内置A/D 转换模块, 其信号输出方式通常为遵循标准传输协议的数字信号, 如串口协议 RS-232、RS-485 等。有的的传感器输出光信号,如光纤光栅传感器, 该类型传感器由光纤光栅解调设备解调后,可输出不同类型的数字信号, 通过计算机标准接口, 如 RS-232 串口、网卡接口、并口等进入计算机。
(2)传感器输出信息量直接影响到数据采集系统传输方式的选择。一是系统中传感器总数,决定了和计算机直接相连的数据传输设备和传输方式的选择。二是单个传感器的采样频率, 其中产生连续模拟信号的传感器的采样频率取决于数据本身的动态特征和数据分析处理系统对数据的要求; 产生数字信号的传感器采样频率通常已设定好, 只需采集设备获取信号并传输即可。
(3)传感器的空间分布情况也决定了数据采集方案和传输方式的选择。大跨度桥梁结构的跨度通常从几百米到几千米, 为减少传输信号所受的干扰, 防止信号出现衰减失真等情况, 必须选择适当的数据采集方案和传输方式。
综上所述, 传感器的上述特征在对数据采集设备的分辨率、采样频率、精度、触发、同步采样、时钟频率、通道数等方面提出了要求。
2 数据采集系统的设计
设计数据采集系统,首先分析系统确定任务。对要监测的对象、要解决的问题进行调查分析, 确定系统的任务、技术指标等;其次系统总体设计。考虑系统硬件和软件的特点, 对部分既可用硬件也可用软件实现的功能(必须滤波、去噪等)进行分配;最后系统硬件和软件的设计。数据采集系统的硬件设计原则为:满足正常使用原则、较高性价比原则。数据采集系统的软件设计原则为:选择正确开发语言或平台、良好的运行稳定性、良好的操作性。
2.1 数据采集系统硬件设计
进行桥梁健康监测数据采集系统设计,有3种方式可供选择:(1)基于PLC的顺序逻辑控制系统;(2)基于DCS的大型控制系统; (3)基于PC的 DA&C 数据采集和控制系统。其中基于 PC的 DA&C系统硬件价格低、易使用、开放性强、通讯能力强、开发成本低廉,得到了广泛的应用。因此, 该形式的数据采集系统通常被用于桥梁结构的智能健康监测系统中。它有以下两种形式:一是基于板卡的集中式数据采集系统:其基本方式是采用数据采集卡进行数据采集,其优点是成本低,速度快, 缺点是可靠性一般, 同时布线费用较高。二是基于分布式的数据采集系统: 基本方式是采用基于现场总线如 RS-485(非严格)、CAN 总线、ProfiBUS、LonWorks总线等。优点是易维护、布线简单、可靠性高, 缺点是采样速度低、成本较高。
可见, 在上述两种系统中, 如果只采用一种方式或者不能满足采集需要或者可能造成系统资源不必要的浪费。因此, 在具体进行数据采集设备设计时应遵循与传感器信号特征相匹配的设计原则。对静态信号, 采用基于分布式的数据采集系统; 对于动态信号, 采用基于板卡的集中式数据采集系统。这样, 整个数据采集系统由两者相结合而成, 能够相互补充, 充分发挥各自优势。
2.1.1 动态信号数据采集硬件选择
对于加速度传感器测量的动态信号,应采用基于板卡的集中式数据采集系统来满足信号采集和传输的要求。数据采集卡是通过计算机内部的局部总线或系统总线来传输大量数据信息的。ISA、PCI 总线数据采集卡的传输率通常可以满足在非严格场合的要求。然而, 相对于严格的工业现场数据采集的需要, 基于PCI总线的数据采集卡仍然有很多缺点, 如机箱内部的噪声电平较高, 插槽数目不多, 机箱内无屏蔽等。而最新的PXI规范增加了专用定时和同步线、有关环境和 EMC的测试要求等。另外还存在 VME、VXI 等高性能总线技术, 由于其价格昂贵、规范严谨而全面, 常用于要求极其严格的工业场合, 因此在桥梁结构的数据采集系统中通常无必要采用。
综上所述, 在动态信号采集过程中,通常可以有基于ISA 、PCI总线和基于PXI总线两种数据采集系统可供选择, 具体可根据现场环境、系统功能要求、实施经费等因素来决定。
2.1.2 静态信号数据采集硬件选择
基于分布式的数据输入/输出数据采集系统不仅可以节省大量的电缆布线, 而且系统易维护并可提高整体可靠性; 该类系统中, 数据采集和传输设备通常依赖于现场总线设备, 常见的现场总线标准有较为通用的RS-485总线, 用于电力、冶金、机械等行业的ProfiBUS总线, 用于工业测控系统的CAN总线和LonWorks总线等。
RS-485总线, 其连接简单, 成本较低, 系统可靠性高。其抗干扰能力强、传送距离远。LonWorks现场总线, 它采用LonTalk 通讯协议, 每个节点都有信息处理和控制功能, 其支持如双绞线、光纤、红外光波、电力线、电话线等多种通讯介质, 最大传输距离为2 700m, 与 RS-485 总线相比, LonWorks 网络容易扩充和修改, 容错和检错能力可由软硬件同时完成。针对桥梁结构数据采集系统的特点, 上述两种现场总线标准均可供选用。
由于支持RS-485总线设备常见、价格较低、使用简单, 因此, 静态传感器信号的传输通常选用 RS-485总线网络即可; 在技术、经费等条件允许的情况下, 可选用LonWorks 或其他类型的现场总线和设备来采集和传输静态传感器信号。
值得注意的是:在选择具体设备时,还应考虑诸如模拟信号的输入范围、被采集信号的分辨率、模拟输入信号传输所需的通道数等因素, 若存在非标准信号, 还需要考虑采用前端信号调理设备。
采集后的数据传输通常可由传感器的信号线和现场总线等直接完成。但是在距离稍远不便于布线的一定范围内(如5～20 km), 无线网(WirelesNetwork)有着其他数据传输不可替代的作用, 在无线通信技术中, 基于跳频技术的计算机无线网具有抗干扰能力强、易于实现码分多址、安全保密、无须申请频率资源等特点, 近年来在计算机联网的各个领域都得到了广泛地应用。
2.2 数据采集系统软件
在基本硬件系统确定后,就需要进行数据采集软件的开发, 软件是数据采集系统的关键, 选择正确的软件系统可以最大限度发挥硬件的性能,有多种程序开发语言或软件开发平台可供选择。通常越低级的语言开发出的数据采集系统效率越高, 但开发技术复杂, 通用性较差。利用高级语言或软件开发平台进行数采软件开发通常较为简单易学, 程序通用性高、数据处理方式简单, 但程序效率较低, 常用于非严格场合。从低级到高级的开发工具主要有: 汇编语言、BASIC 语言、C语言、Visual C++开发平台、LabWindows/CVI 开发平台、LabVIEW开发平台。
Visual C++是数据采集系统常用的软件开发平台。LabWindows/CVI是一个完全的标准C开发环境,用于开发数据采集应用软件。而LabVIEW 是另外一种更易用的数据采集系统开发平台, 是世界上第一个采用图形化编程技术的面向设备的编译型程序开发系统。LabWindows/CVI和LabVIEW为专门的数据采集开发平台, 目前广泛用于中小型数据采集系统开发, 其完全可以满足桥梁结构的数据采集软件开发工作。此外, 当前产生于测控领域的虚拟仪器技术正是将高性能模块化硬件作为系统平台, 与灵活的软件技术结合在一起, 建立起强大的基于计算机的数据采集解决方案。这种技术克服了传统数据采集不够灵活等一些缺点。通常情况下, 数据采集系统的开发平台可选择LabVIEW; 在系统传感器数量较多、系统稍复杂的情况下可以采用 LabWindows/CVI 进行开发。
3 数据采集系统的的网络化
随着互联网技术的迅速发展, 桥梁健康监测系统与网络通讯技术相结合成为一种趋势。网络技术的发展,使得桥梁健康监测实现远程硬件管理、远程数据管理等功能成为可能。网络技术与桥梁健康监测的结合,可以将所有传感器数据的管理和使用工作、部分现场的非实时的数据分析工作和部分结构安全评价工作在远程的计算机终端进行。这种结构系统更加有利于提高数据对象信息应用的时效性, 科研人员和工程技术人员即使不在控制现场, 也可以通过网络随时了解现场的控制系统运行情况和系统参数的实时变化, 并可根据具体情况通过网络在客户计算机上对在控制现场运行于服务器计算机的控制系统发出命令, 及时调整现场控制系统运行状况, 从而达到远程控制的目的。这在桥梁结构健康监测工作中具有重要的现实意义。
远程监视和控制需要依赖于上述数采软件的网络编程支持。首先, 在Visual C++中进行网络通信编程有三种方式:直接使用 Winsock API、使用 WinSock 控件、使用Microsoft Foundation Class Library 中提供的 CSocket 和 CAsyncSocket 类中的成员函数。这3种方法完全可以满足实时的网络数据采集需要。其次 , LabWindows/CVI在网络通讯和数据交换方面提供了4个函数库: 动态数据交换库、TCP 库、Active X 自动化库和 DataSocket库。最后, LabVIEW提供了三种网络通讯方法:(1)TCP和UDP编程,这种方法编程较为复杂。(2)DataSocket 通讯,可以保证网上的实时高速数据交换。(3)Remote Panels技术,不适于大量数据的远程传输。
另外, 在网络访问模式方面, 有两种主要模式可供选择, 一是 Client/Server 模式, 这种模式客户机需要安装专门的软件, 面向特定的用户, 客户机维护升级不方便。另外一种是 Browse/Server 模式, 这种模式无需在每台计算机上安装专门的软件, 面向不特定的用户, 客户机无需维护和升级。
目前主流的数据采集开发平台均提供了强大的网络开发工具, 使得基于因特网或高速局域网的桥梁数据采集系统的远程监视和控制方案成为可能。通过网络可以保证远程实时访问现场服务器, 随时了解现场的监测系统运行情况和系统参数的实时变化。
4 结论
本文着重对数据采集子系统的设计和实现进行研究。首先分析桥梁结构健康监测系统中传感器子系统的构成、特性和对数据采集系统的要求; 提出了数据采集系统设计需考虑传感器子系统的特征、输出信号特点。然后,分析数据采集系统硬件设备和软件平台的选择原则,给出了适宜桥梁结构健康监测的数据采集硬件设备和软件环境。根据系统的复杂程度, 软件系统一般基于LabWindows/CVI或LabVIEW开发。
参考文献
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桥梁结构系统管理 篇7
江阴大桥GPS系统是整个桥梁健康监测系统中相对独立的一个子系统, 用以实时监测江阴大桥主梁和主塔的形变。GPS软件完成数据的采集、存贮、转换、显示和统计, 实现系统坐标转换, 以及桥梁监测形变数据的实时动态显示、存储、统计分析和报警。并能够实现三维动态显示结构整体的变形情况。
1 GPS系统工作原理
GPS的含义是:利用导航卫星进行测时测距, 从而构成全球定位系统。GPS系统是由美国军方于20世纪80年代末建成的, 它由分布在6个轨道面内的24颗卫星 (含3颗备用卫星) 组成。由于该系统具有全天候、自动定位, 全球覆盖, 定位精度较高, 定位速度快等一系列优点, 因此迅速被世界各国广泛采用。GPS定位分为单点绝对定位、差分相对定位两大类。
单点绝对定位指单用一台GPS定位仪独立确定测点三维坐标的方法, 由于卫星钟差, 定位仪钟差以及电离层和对流层的折射误差的影响, 测量精度只能达到数十米。
实时动态测量又称载波相位差分 (RTK) 技术, 由于它的测量精度高, 时间短 (只需同时观测1秒或几秒钟) , 所以在快速动态测量中得到广泛的应用。
2 GPS监测方案与监测点布置
2.1 监测方案
对于大跨结构的线形 (竖向、横向、纵向的位移) 监测, 目前常用的方法是光电测距 (EDM) 和GPS两种方法。
光电测距方法主要是指采用全站仪对反射棱镜连续扫描, 形成光载波通信系统, 通过测量每个棱镜与全站仪的相对角度和距离, 再经过系统计算, 确定梁的外型和移动情况 (江阴大桥原结构监测系统就采用该方法) 。
因此系统测量的频率受到测点的数量限制, 并且测试精度受环境气象因素的影响很大 (如雾、雨、雪等天气) 尤其是对于像江阴大桥这样的大跨度桥梁, 其测量的精度难以保证。
采用GPS技术进行主梁线形的监测可以避免以上问题。因为卫星通信点与点之间不受通视条件、距离和高差的限制, 从目前的仪器和软件性能看, GPS采用实时差分进行动态测量的定位精度可达毫米级, 经过系统集成和二次开发, 完全可以用于大型工程结构的微量测量。江阴大桥GPS系统是整个桥梁健康监测系统中相对独立的一个子系统, 用以实时监测江阴大桥主梁和主塔的形变。
2.2 监测点的布置
江阴大桥的整体位移由全球定位系统 (GPS) 监测, 1个GPS基准站和8个流动站构成, 通过星型光纤网连接。系统采用有9台徕卡GX130型RTKGPS接收机。
仪器采样频率20Hz, 位置延迟小于30ms。这种性能指标已经可以满足大桥形变频谱分析的需要。
GPS监测结果通过光纤通讯网及时传输到设在大桥监控中心的GPS数据处理工作站, 借助于信号处理、数据统计及评价系统等分析软件, 可以对GPS坐标数据进行转换, 形成GPS测点的动态坐标, 并构建大桥的动态变形图形。
全球定位系统 (GPS) 的具体布局如图所示。其中GPS基准站设在监控中心大楼楼顶, 8个流动站分别设在南北塔塔顶 (各1个) 、主梁跨中、1/4跨和3/4跨等关键截面处 (每截面各2个, 根据桥轴线对称布设) 。
全球定位系统 (GPS) 的采样频率可在1~20Hz范围内选择。
3 GPS监测数据的特点与传输
3.1 GPS监测数据的特点
1) 由于GPS观测值是通过对卫星及基准站传来的差分信号进行RTK差分定位, 所以各观测值结果是相对独立的。
2) GPS定位速度快、精度高。可以达到每秒10到20次的定位解算结果, 实现实时监测。
3) 受外界影响较小, 可以在恶劣天气下实现不间断观测, 其精度取决于GPS本身的精度。
4) 自动化程度高, 可以在无人值守的情况下, 配合数据备份系统和功能软件自动进行数据接受和后期的分析。
3.2 GPS数据的传输
GPS信息传输系统采用了高效率和高稳定性的光纤局域网。由于光纤不受电磁波干扰, 在雷雨大风、高温等恶劣环境下能提供高可靠性的数据传输。
光纤网络在北塔内部有一台HUB, 利用多模光缆双绞线与服务器和外站联系。
主要设备包括一台Digital Vnswtich900 LL网络转换器和一台DEC CLUBONE900供电单元, 安装在一个支架外壳内, 配有一台UPS, 都安置在北塔内。
采用端口供电的Digital DEFLM-AA光纤收发机来实现从AUI转换到光纤。线速度转换容量为1.2Gb/s, 包括12组10base FL10mb/enthernet光纤端口, 因此, 后期视情况可以很方便的对结构监测系统进行扩充。
4 GPS信息的处理
从GPS定点测量仪输出的坐标数据, 以10次/秒的采样速率通过光纤网络传送至信息处理和分析系统。信息处理和分析系统安装于江阴大桥监控中心, 由数据监测和数据分析两台工作站组成, GPS功能软件由这两台工作站分担。
其工作主界面如图2、图3所示。其中数据监测工作站运行Spider软件, 进行GPS系统设置以及数据的采集、存贮;数据分析工作站运行GPS后处理软件, 主要实现GPS坐标和桥梁坐标的数据转换, 以及桥梁监测形变数据的显示、存储和统计功能。
4.1 数据监测工作站功能
1) 查询并显示各个外站的工作、供电、温度控制状况;
2) 允许用户选择外站和通道, 连续获、显示和存储取原始数据;
3) 根据预先设定的阈值监视各个通道数据, 并做出决策;
4) 生成日报表和异常状态报表。用作信息和图像处理。
Spider软件:
GPSSpiderv2.0软件是集成的单参考站或台站网中央控制和操作软件包, 可用于先进的长距离高精度网络RTK (Spider NET) 、建筑物监测、中央数据分发、数据存取管理, 并支持数据装载和服务的专业软件。该软件可实现基准站和监测站GPS接收机的开启和关闭、实时相位差分解算、实时显示监测站WGS84三维差分信息与记录基准站和监测站GPS接收机的原始测量数据等功能。
4.2 数据分析工作站功能
分析工作站上安装有Matlab软件, 用于对监测数据进行深入分析。分析工作站可以获取任意外站、通道的数据, 并可以转换成多种格式存储, 允许远程授权用户以FTP方式下载数据。
主要功能如下:
1) 通讯功能, 可以访问任意外站、光纤应变测试系统、GPS测试系统, 获取实时或存盘数据。
2) 显示所得到的数据, 并转换成Matlab格式进行存储。
3) 在线进行统计分析 (均值、方差、趋势消除、直方图) 、滤波、FFT、互功率谱分析。
4) 针对某个通道连续处理并显示指定带宽信号的均值、方差、直方图, 若指定的是某阶模态频率为中心的窄带信号, 则所显示的就是该阶模态信号的时间历程。
4.2.1 BM软件
后处理BM显示软件可实现将大地84坐标转换为桥梁坐标、实时显示监测点位的变动曲线、点位变化历史曲线、建立监测结果数据库、超限报警功能和直观动态显示各测点的三维坐标曲线等功能。
4.2.2 监测数据处理
监测数据的数据处理包括:
1) 数据的预处理, 主要对监测数据进行简单统计运算, 比如给定时间段内的最大最小值、均值等;
2) 数据的二次处理, 对监测数据进行读入、编辑、分析计算和绘图, 包括数据的幅域显示、数据的时域显示、数据的频域显示以及频度计数等。
5 GPS系统的作用
GPS系统为桥梁健康监测系统的一个重要子系统, 其主要作用为通过测量桥梁的桥身和桥塔的瞬间位移, 计算出截面中线相应的导量位移, 再通过与其它的传感器的数据综合, 来评估桥梁各主要构件的应力状况。根据采集的数据及与监测数据的验证可反演出大桥的结构工作状态和健康状况, 进而识别出可能的结构损伤的程度及其部位, 从而给出大桥的安全可靠性评估。
1) 报告大桥整体结构的位移从而反映其工作环境和荷载的变化, 能多方面验证各构件的应力和位移相互关系, 从而为评估大桥的承载能力、营运状态及耐久能力提供更有力的依据;此外还能通过监测应力或位移的变化判断结构是否有损坏。
2) 进一步分析运算主要构件的实际内力分布, 例如主悬索缆、纵向主梁等。
3) 验证不寻常荷载记录, 例如台风、地震、超重交通荷载或被车船撞击事故等。
4) 基于实测的GPS测点坐标和风速数据, 采用线性回归方法建立横向位移与风速的相关性模型。验证桥梁的实际风场特性等施工假设和参数的有效性。
5) 基于实测的风数据, 分析桥址的风场特性, 包括平均风特性和脉动风特性等。从而对风场特性分析及设计验证。
6) 基于实测的梁端位移和温度, 采用线性回归方法建立两者的相关性模型, 并验证主梁的热膨胀系数等。
7) 基于实测的GPS测点坐标和加速度数据, 采用峰值法识别模态频率, 并与成桥试验时的实测模态频率进行比较。
6 结论
近年来, 随着大跨度桥梁设计的轻柔化以及结构形式与功能的日趋复杂化, 大型桥梁结构安全健康监测已成为国内外工程界和学术界关注的热点。
本文以江阴大桥为对象, 通过对GPS信号的实时分析与处理, 直接监测大桥主跨梁及索塔轴线的位移变化, 配合结构分析模型来模拟桥身主要构件的内力状况, 实现对大桥结构健康状态的在线监测。并根据采集的数据与信号反演出大桥的结构工作状态和健康状况, 识别出可能的结构损伤的程度及其部位, 进而给出大桥的安全可靠性评估。
摘要：桥梁在外力作用下会发生诸如扭曲、挠度、位移变形等形变, 而这些形变与桥梁的承载能力和健康状况有着密切的关系。采用GPS技术进行桥梁线型的监测, 其工作效率大大高于同精度的几何水准测量, 现已在包括江阴大桥在内的国内外许多桥梁监控中得到了广泛应用。通过与风速仪、索力、加速度传感器等的数据相互验证, 能够对相关性模型和各类系数进行校正。