连续刚构轻轨桥健康监测系统设计研究

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1、连续刚构轻轨桥健康监测系统设计研究(所属杂志：此文章来自原稿)发布时间：2008-10-14已阅读：2230刘永棵1，张雪松2，孙继飚2（1.重庆市江北嘴中央商务区开发投资有限公司，重庆400024；2.重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074）摘要：以重庆渝澳轻轨桥为工程背景，针对连续刚构桥的受力特点和轻轨列车的特殊荷载形式，合理提出了连续刚构轻轨桥健康监测系统的监测内容、总体构成和主要功能。并提出了健康监测系统与施工监控、成桥试验的共享性。关键词：健康监测；连续刚构；轻轨列车；光纤光栅传感器中国分类号：U446.3文献标识码：A近年来，轻轨交通系统由于运量大、

2、速度快、安全准时、污染小、造价比地铁相对较低而引起人们的普遍兴趣，在大城市中已经或正在成为与地铁并列的主要公共交通工具。轻轨交通线路多以高架为主，而作为轨道载体之一的连续刚构桥因其地形适应性强、设计、施工技术成熟，跨越能力大，造价合理，也逐渐得到运用[1]。本文依托重庆渝澳轻轨桥工程，对连续刚构轻轨桥健康监测系统进行研究。重庆渝澳轻轨桥为96＋160＋96m的三跨全预应力混凝土连续刚构桥，通行双向轻轨列车，主梁断面形式为单箱单室，箱顶宽为9.1m,箱底宽为5.6m。箱梁跨中梁高3.7m，墩顶根部梁高9.2m，主墩采用双肢薄壁墩。该桥是目前国内最大跨径的预应力混凝土连

3、续刚构轻轨桥梁，在轻轨列车荷载的作用下，其振动特性将更加明显。考虑到本桥成桥后运营阶段时间较长，环境侵蚀、材料老化、荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下引发灾难性的突发事故。因此，为了保障结构的安全性、完整性、适用性和耐久性，建立桥梁长期健康监测系统，在桥梁建设中掌握施工过程的应力变化、配合成桥试验；在运营中进行健康监测和养护管理具有重要意义[2]。1监测内容的选择桥梁健康监测系统是提供获取桥梁结构信息的工具，是进行决策的参考和依据。连续刚构轻轨

4、桥健康监测系统监测内容的确定首先应该综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求，确定系统需要获取哪些信息；其次应当从科学经济实用的原则出发，结合监测费用由大量可选监测项目中选取适当项目实施，达到最大费用效益比[3]。确定监测内容还需根据监测系统的自身要求来选择合适的监测项目，主要考虑到测试手段的可行性、分析方法的可靠性等因素。结合重庆渝澳轻轨桥的桥梁结构形式，针对目前国内所建的大跨度连续刚构桥普遍存在着后期跨中下挠和腹板开裂等问题；同时考虑轻轨桥梁的振动性特别明显,特别是桥梁的横向振动将直接影响行车的安全性和舒适性。重庆渝澳轻轨桥健康监测系统主要监测内容包括：

5、(1)主梁应力：除了考虑对主要截面的正应力进行监测外，还监测关键截面的剪应力。(2)主梁线形：除主梁挠度采用自动监测外，主梁的横向和纵向变形采用全站仪定期人工监测。(3)振动特性：关键位置的竖、横向加速度监测。(4)环境状态监测：考虑重庆地区强震和强风不易发生，只监测温度。2健康监测系统总体框架建成后的桥梁健康监测系统通过对使用阶段的桥梁结构及其工作环境进行实时监测，取得分析结构健康状况、评价桥梁承受静、动荷载能力及结构耐久可靠性的基本数据，为运营、维护、管理提供决策依据。其主要功能包括以下几个方面：①获取桥梁整体结构信息，在非常时期(如车辆荷载大幅超标或台风地震)

6、发布预警；②对突发事件后桥梁的安全性、承受能力和剩余寿命作出评估，为桥梁的运营决策与管理提供科学依据；③服务于大桥的施工监控、成桥静动载试验和运营阶段的养护综合管理系统，减少非重点部位的人工检查次数，辅助和改进大桥的检测方法，为大桥的维护决策提供依据；④通过连续观测，验证大跨度连续刚构轻轨桥的设计理论和方法，为完善该桥型的设计理论和规范修改提供实验依据。为达到上述目的，连续刚构轻轨桥健康监测系统将由4个子系统构成，即传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与分析系统、结构健康状况评估系统。各系统之间的关系如图1所示。图1连续刚构轻轨桥健康监测系统构成框图传感器系统将

7、采集各类信号传输到桥头附近的工作站；数据采集系统根据需要对各类信号进行解调和处理，并通过传输系统将传感器的信号转换成数字信号依靠光纤网络输送到数据处理和分析系统；数据处理和分析系统对数据进行处理、结果显示、存档和数据入库等；高性能计算机系统完成大桥结构健康状况的在线评估及离线评估工作，提供大桥在整个运营过程中工作状态的实时报告并且对非正常状态提供预警，实时评估大桥的安全性、适用性以及为大桥的定期检查和维修提供直接依据，并提交监测和结构健康评价报告。及为大桥的定期检查和维修提供直接依据，并提交监测和结构健康评价报告。2.1传感器系统桥梁结构健康监测系统的基本监测功