結(jié)構(gòu)健康遠(yuǎn)程自動化沉降監(jiān)測系統(tǒng)

基于NI ( 美國國家儀器公司) 的 CompactRIO 硬件平臺和 LabVIEW 軟件平臺開發(fā)了一套結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，分別在汶川第一小學(xué)教學(xué)樓 ( 非隔震) 、汶川第二小學(xué)教學(xué)樓 ( 隔震) 和映秀安置房 ( 隔震及非隔震) 設(shè)立現(xiàn)場監(jiān)測站，布設(shè)三向高靈敏度數(shù)字地震儀，構(gòu)建終端采集子站，并通過虛擬局域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)在廣州抗震中心監(jiān)控室的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測。 2100433B

健康監(jiān)測系統(tǒng)分成三個等級，即長期在線自動健康監(jiān)測系統(tǒng)、定期離線健康監(jiān)測系統(tǒng)和定期養(yǎng)護(hù)健康檢測系統(tǒng)。長期在線自動健康監(jiān)測系統(tǒng)是最高等級的健康監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)適合于在特大跨徑復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)和具有重大戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵橋梁上使用。該等級的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)具有如下的特點：傳感器長期布設(shè)在橋梁上，并通過相應(yīng)技術(shù)連接在一起，構(gòu)成傳感器子系統(tǒng)。各傳感器的數(shù)據(jù)采集通過健康監(jiān)測系統(tǒng)中心控制系統(tǒng)動態(tài)實時的下達(dá)采集指令，觸發(fā)傳感器的開關(guān)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)直接自動進(jìn)入健康監(jiān)測中央數(shù)據(jù)庫。橋梁管理部門和客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問中央數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行健康診斷。

目前此類系統(tǒng)，傳感器數(shù)據(jù)采集及中央數(shù)據(jù)庫等各子系統(tǒng)的連接還是通過數(shù)據(jù)線的連接。隨著無線傳感器技術(shù)的研制，無線健康監(jiān)測系統(tǒng)有望實現(xiàn)。定期離線健康監(jiān)測系統(tǒng)是長期在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的一種簡化，最大的區(qū)別是定期離線健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和管理是離線的、人工的。與長期在線自動健康監(jiān)測系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)省掉了數(shù)據(jù)的自動采集設(shè)備和軟件，無需大量的數(shù)據(jù)線并避免了數(shù)據(jù)的長距離傳輸帶來的數(shù)據(jù)精度的損失。該系統(tǒng)投資額度相對小，適合于一般重要的橋梁。而且，該系統(tǒng)在以后如果需要的話，可以直接升級為長期在線自動健康監(jiān)測系統(tǒng)。

定期養(yǎng)護(hù)健康檢測系統(tǒng)適合于一般橋梁和對整個路線沿線的所有橋梁的健康監(jiān)測，該系統(tǒng)的功能和性質(zhì)接近于一般橋梁的養(yǎng)護(hù)管理，可以這樣描述：橋梁管理部門購置相應(yīng)的橋梁檢測設(shè)備，包括傳感器及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和處理軟件、橋梁健康診斷軟件。這些設(shè)備都存放于實驗室，不長期固定在橋梁上。橋梁管理部門定期的利用這些設(shè)備對所轄橋梁進(jìn)行健康檢測。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是可以監(jiān)測多個橋梁的健康狀況，同時設(shè)備容易維護(hù)、更換和更新。

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計是實施橋梁健康監(jiān)測的第一步。目前關(guān)于橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)、原則還沒有統(tǒng)一的說法。本文結(jié)合國內(nèi)外已經(jīng)安裝的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的特點，探討橋梁健康設(shè)計的一些原則。

從已經(jīng)安裝的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中可以看出，這些橋梁健康監(jiān)測的測點布置的數(shù)量、監(jiān)測項目有很大差異。這種差異一方面來自于橋梁結(jié)構(gòu)形式和所處地理環(huán)境的差異，另一方面來自于各健康監(jiān)測設(shè)計的目的和投資額度的不同。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計要遵循“因橋而異、因橋制宜、經(jīng)濟(jì)實用、穩(wěn)定可靠”的16字原則。

因橋而異、因橋制宜。不同地區(qū)、不同橋梁結(jié)構(gòu)形式的健康監(jiān)測的內(nèi)容是不一樣的。不同地區(qū)的氣候、地質(zhì)環(huán)境會有很大差別，橋梁健康監(jiān)測的一部分內(nèi)容就包括對橋址處環(huán)境的監(jiān)測，比如風(fēng)、地震、溫度等。

經(jīng)濟(jì)實用、穩(wěn)定可靠。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的實施費用是昂貴的，因此，投資額是制約橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)模和設(shè)備的重要因素。健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)作效益．成本分析，設(shè)計出經(jīng)濟(jì)實用、穩(wěn)定可靠的健康監(jiān)測系統(tǒng)。

基于以上分析，建議在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時遵循以下步驟：

(1)針對具體橋梁，確定監(jiān)測系統(tǒng)的目的和功能。

(2)分析橋梁的結(jié)構(gòu)特點、環(huán)境狀況、運營情況，確定橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目。

(3)建立橋梁有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜動力分析，確定應(yīng)力相對不利的位置及動力分析結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗、結(jié)構(gòu)特點及測點優(yōu)化理論綜合確定測點布置方案。

(4)結(jié)合投資額度，廣泛調(diào)研現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，確定各監(jiān)測項目傳感器的選型 。2100433B