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隨著現(xiàn)代化橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的逐步發(fā)展，大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念越來越清晰地呈現(xiàn)在眾多研究和使用者的面前： 大跨橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一個(gè)以橋梁結(jié)構(gòu)為平臺(tái)，應(yīng)用現(xiàn)代傳感、通訊、和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通監(jiān)測(cè)、設(shè)備監(jiān)測(cè)、損傷識(shí)別、整體性能評(píng)估、綜合報(bào)警、信息網(wǎng)絡(luò)分析處理、和橋梁養(yǎng)護(hù)管理各功能子系統(tǒng)為一體的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)整體損傷的長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)， 達(dá)到對(duì)局部、短期損傷技術(shù)的有益補(bǔ)充，從而極大地延拓了橋梁檢測(cè)領(lǐng)域的內(nèi)涵， 提高了預(yù)測(cè)評(píng)估的可能性。

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能和目的是為了讓橋梁結(jié)構(gòu)在施工和運(yùn)營(yíng)期間的承載能力、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、安全性和耐久性得以實(shí)時(shí)在線的掌握。

除此而外， 通過橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)的理論模型、計(jì)算假定等具有重要意義。事實(shí)上，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外一些重要大跨橋梁結(jié)構(gòu)在建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)都強(qiáng)調(diào)利用監(jiān)測(cè)的信息來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。橋梁健康監(jiān)測(cè)信息反饋于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更深遠(yuǎn)的意義在于： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等可能得以改進(jìn)。對(duì)橋梁在各種交通條件和自然環(huán)境下的真實(shí)行為的理解以及對(duì)環(huán)境荷載的合理建模是將來實(shí)現(xiàn)橋梁“虛擬”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

壹

橋梁按主要受力構(gòu)件可分為梁橋、拱橋、鋼架橋、斜拉橋、懸索橋五大類。

梁橋

主要承重構(gòu)件為主梁，受力特點(diǎn)為主梁受彎，多用于中小跨徑橋梁；

拱橋

主要承重構(gòu)件是拱肋，受力特點(diǎn)為拱肋承壓、支承處受水平推力；

鋼架橋

是一種橋跨結(jié)構(gòu)和墩臺(tái)結(jié)構(gòu)整體相連的橋梁，受力特點(diǎn)為支柱與主梁共同受力，支柱與主梁剛性連接，在主梁端部產(chǎn)生負(fù)彎矩，減少跨中截面正彎矩，支座不僅承受豎向力還承受彎矩，適宜于中小跨度橋梁，如立交橋、高架橋等；

斜拉橋

主要承重構(gòu)件為梁、索、塔，利用索塔上的斜拉索在梁跨內(nèi)增加彈性支承，減小梁內(nèi)彎矩而增大跨徑，受力特點(diǎn)為外荷載從梁傳遞到索，再到索塔，適宜于中等及大跨橋梁；

懸索橋

主要承重構(gòu)件為主纜，受力特點(diǎn)為外荷載從梁經(jīng)過系桿傳遞到主纜，再到兩端錨錠，適宜于大型及超大跨橋梁。

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有：

1. 荷載監(jiān)測(cè)，包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載等；
2. 幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取結(jié)構(gòu)實(shí)際幾何形態(tài)參數(shù)，如線形、變形、位移、沉降等；
3. 截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)，包括混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等；
4. 索力監(jiān)測(cè)，斜拉索、主纜、吊桿等的索力；
5. 下部結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，包括錨定應(yīng)力、主塔樁基軸力等；
6. 響應(yīng)監(jiān)測(cè)，包括橋梁各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變、振動(dòng)加速度、索力等。

貳

青馬大橋是連接香港葵青區(qū)青衣島和荃灣區(qū)馬灣島的主要通道，東起青衣島，上跨馬灣海峽，西至馬灣島，是香港青嶼干線道路的重要樞紐。

該橋是公鐵兩用鋼箱梁鋼懸索橋，上層為雙向六車道城市快速路，下層為雙線鐵路。青馬大橋全長(zhǎng)2160m，主跨1377 m，橋?qū)?2m，橋塔高(至鞍座) 206m，主纜直徑1.1m，由33400根直徑為5.38mm的鋼絲組成，鋼絲總長(zhǎng)160000km。在青衣島側(cè)采用隧道式錨碇，在馬灣島側(cè)采用重力式錨碇。鋼箱加勁桁梁高7.54m，高跨比1/185，縱向桁架之間為空腹式桁架橫梁，中部空間可容納行車道和鐵軌。上層橋面中部和下層橋面鐵軌兩側(cè)均設(shè)有通氣空格，形成流線型帶有通氣空格的閉合箱型加勁梁。根據(jù)大橋所在的地形條件及青衣島側(cè)公路立交布置要求。設(shè)計(jì)橋跨時(shí)利用了不對(duì)稱思想，即設(shè)計(jì)成中跨和馬灣島側(cè)邊跨懸吊的雙塔兩跨懸索橋。

青馬大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由香港特別行政區(qū)路政署負(fù)責(zé)實(shí)施，大橋上共安裝了253個(gè)不同類型的傳感器，包括應(yīng)變計(jì)、加速度計(jì)、位移計(jì)、風(fēng)速儀、溫度計(jì)、腐蝕傳感器、動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)（GPS）。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)包括：

青馬大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的傳感器主要有：

• 風(fēng)速儀：可分為螺旋槳式風(fēng)速儀和超聲波式風(fēng)速儀，記錄風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)；
• 溫度計(jì)：記錄溫度、溫差數(shù)據(jù)；
• 應(yīng)變計(jì)：記錄安裝位置的應(yīng)變；
• 加速度計(jì)：記錄結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加速度；
• 位移計(jì)：記錄結(jié)構(gòu)的局部位移；
• 索力計(jì)：記錄拉索索力；
• 腐蝕傳感器：記錄安裝位置的鋼筋腐蝕狀況；
• 動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)：記錄車輛荷載的軸重、軸間距、車速等信息；
• GPS：記錄橋塔、橋面板結(jié)構(gòu)的變形；
• 氣象站：記錄氣壓、濕度、雨量等天氣信息

肆

TH-T溫度傳感器為監(jiān)測(cè)巖體、混凝土、土體、砂漿和填方內(nèi)的溫度變化提供了一種較為可靠的手段。

TH-T型溫度傳感器采用一個(gè)3kΩ的片狀熱敏電阻。這個(gè)熱敏電阻被封裝和密封在不銹鋼或PVC圓筒中，連接有兩根導(dǎo)線以便讀數(shù)。TH-T集成了大多數(shù)振弦傳感器中使用的標(biāo)準(zhǔn)熱敏電阻。

SM-5A振弦式應(yīng)變計(jì)用于監(jiān)測(cè)應(yīng)變的變化，當(dāng)彈性模量已知時(shí)，可評(píng)估應(yīng)力變化。

SM-5A振弦式表面應(yīng)變計(jì)由一根鋼弦保護(hù)管連接的兩個(gè)端塊組成。一個(gè)電磁線圈放置在位于管子中部的保護(hù)外殼中。施加在應(yīng)變計(jì)上的外力改變了鋼弦的張力，從而改變鋼弦的共振頻率，并被電磁線圈讀取。

A2512加速度計(jì)設(shè)計(jì)用于需要長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度、惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)試。

這種準(zhǔn)確、堅(jiān)固、防風(fēng)雨的集成化MEMS 傳感器可用于要求低噪聲和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的零至中頻應(yīng)用場(chǎng)景中。

線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）位移傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量彈簧加載滑動(dòng)電樞和外部殼體之間的運(yùn)動(dòng)。這種堅(jiān)固且獨(dú)立的傳感器適合記錄結(jié)構(gòu)構(gòu)件因活荷載和溫度變化而產(chǎn)生的位移。憑借多年在橋梁、建筑物和水工結(jié)構(gòu)上使用這些傳感器的經(jīng)驗(yàn)，這種傳感器在涉及到準(zhǔn)確的位置測(cè)量時(shí)是標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別。

DT85G是一款堅(jiān)固、獨(dú)立、低能耗的數(shù)據(jù)采集器，具有支持U盤、18位分辨率、可擴(kuò)展通訊性能及內(nèi)嵌顯示屏等特性。

DT85G可通過模擬及數(shù)字通道、高速計(jì)數(shù)器、脈沖輸入、可編程傳感器串行通道接口連接一系列的傳感器。振弦、溫度、電壓、電流、4-20mA電流回路、電阻、電橋、應(yīng)變計(jì)、頻率、數(shù)字或智能傳感器都可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)可對(duì)采集到的各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，按所需要的工程單位或統(tǒng)計(jì)報(bào)告的形式將原始數(shù)據(jù)或計(jì)算結(jié)果返回給上位機(jī)。

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