分布式光纤应力监测系统应用于桥梁健康监测

《分布式光纤应力监测系统应用于桥梁健康监测》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分布式光纤应力监测系统应用于桥梁健康监测（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、分布式光纤应力监测系统应用于桥梁健康监测威海北洋电气集团股份有限公司一、前言与分析3二、桥梁健康监测意义4三、传统桥梁检测方法4四、分布式光纤应力监测系统 54.1系统原理图54.2系统组成64.3系统功能74.4监测内容74.5系统软件主要功能8五、培训与技术服务85.1技术支持85.2培训95.3售后服务95.4保修期10一、前言与分析多年来，桥梁结构的安全状况一直是政府有关部门和公众特别关心的问题。 目前国内外许多桥梁都存在不同程度的安全隐患。比如西方发达国家在经济腾飞 时期建造的大批桥梁面临剩余寿命的评估问题，其中美国的69万座公路桥梁中 有一半以上的使用年限已超过50年;三分之一以上

2、的桥梁使用效率很低或者干 脆荒废，每年用在桥梁维修上的费用超过50亿美元。在国内，由于质量控制滞后 于桥梁的建设速度致使桥梁倒塌事故逐年增加。1999年1月重庆的彩虹大桥倒 塌，导致41人死亡、14人受伤的悲剧。1996年12月广东韶关特大桥梁坍塌,32 人死亡,59人受伤。另外近几年的铁路提速,对于那些设计最大时速仅有120公 里/小时的大批铁路桥梁来说也面临严峻的考验。2002年6月，洪水冲垮了陇海 铁路西安段的一座铁路桥梁，使得铁路停止运营数日，造成了重大的经济损失。 造成这些事故的原因很复杂，抛开设计与施工方面的原因不谈，这些桥梁长期 处于超负荷运营状态，致使许多构件的疲劳损伤加剧，是

3、导致倒塌的重要原因。 如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的疲劳损伤进行监测，从而对桥梁的 健康状况给出评估,那就会大大减少这些惨剧的发生。近年来，国内发生的几起大桥坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由于构件 疲劳加之监测养护措施跟不上，从而严重影响构件的承重能力和结构的使用。因 此，对桥梁结构健康监测非常必要和迫切。工程结构一般会受到两种损伤一一突发性损伤和累积性损伤。突发性损伤由 突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值；累积损伤则有缓慢积累的 性质，达一定程度会引起破坏，影响安全和使用。健康检测能够在突发性损伤 发生时，及时做出判断和警报，以便采取处理措施，防止发生进一步的破坏和引

4、发其它事故；对于累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采 取相应措施。桥梁结构的健康监测包括桥梁结构的局部检测和桥梁整体的健康监测。局部 检测主要，包括目检、混凝土表面硬度试验。整体检测分三个层次，即损伤是否 发生、损伤发生位置和损伤发生程度。二、桥梁健康监测意义2.1监控与评估桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特 殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与 管理决策提供依据和指导。为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控： 桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；桥梁重要非结构构 件和附属设施的工作状态；结构

5、构件耐久性；工程所处环境条件等等。22设计验证由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段安全 掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的。因此，通过桥梁健康检测所获 得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有重要意义。不 仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。23研究与发展桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可 能并成为桥梁研究的现场实验室。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不 仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最 真实的信息。三、传统桥梁检测方法传统桥梁检测技术是通

6、过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信 息对桥梁结构的安全状态进行评估。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特 殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。传统检测方式的 不足之处主要表现在：需要大量人力、物力并有诸多检查盲点，这对现代大型桥梁尤其突出。主观性强，难于量化。经过半个多世纪的发展，虽然现代斜拉桥的分析设计 与施工技术已日趋完善，但对某些响应现象，尤其是损伤的发展过程，尚处 于经验积累中，因此定量化的描述是很重要的。缺少整体性。人工检查以单一构件为对象，只能提供局部的检测和诊断信息, 而不能提供整体全面的结构健康检测和评估信息。影响正常交通运行。对于较大型的桥梁通

7、常需要搭设观察平台或用观测车 辆，无可避免需要实施交通控制。周期长，时效性差。大型桥梁的检查周期可达数年。在有重大事故或严重自 然灾害的情况下，不能向决策者和公众提供即时信息。从上可知，人工桥梁检查程序和设施，无法直接和有效地应用于大型桥梁的 检测上。因此有必要建立一个针对大桥的结构健康监测系统，用于监测和评估大 桥在运营期间结构的安全性、耐久性和使用性等。四、分布式光纤应力监测系统4.1系统原理图分布式光纤应力监测系统是基于布里渊散射效应，是光波与声波在光纤中传 播时相互作用而产生的光散射过程，在不同的条件下，布里渊散射又分别以自发 散射和受激散射两种形式表现出来。相对于入射光，布里渊光有一

8、定频移，称为 布里渊频移。对于普通的硅玻璃光纤，波长l=1550 nm时，布里渊频移约为11.2 GHz。光纤中的布里渊频移变化量Av B与光纤所受的温度或应变成线性关系： v B =C v eAe+Cv TAT,式中 和AT分别为应变和温度变化量，v e和Cv TC分别为布里渊 频移应变系数和温度系数。因此通过检测布里渊散射光的频移，便可求得光纤所 受的应变。后方k里諜交里强度Shift( V 2 v |1布里浦惑系统原理图42系统组成整个分布式光纤应力监测系统由光纤传感器、光纤传感分析主机、以太网交 换机和服务器组成。系统主要设备光纤传感分析主机：主要功能是收集由光纤传感器传来的数据；进行

9、读数的信号 调理、采集数据的初步处理和储存；然后传到监测中心的数据处理和分析系统。 光纤传感器：在整个桥梁安装传感器及有关附件。传输系统：站点的设立、安全监测局域网、与其他局域网或主干网的连接。包括交换机和服务器。主机参数：测量距离10km光纤类型单模 9/125 “m测量时间20s重复性0.01%动态范围3.5dB、0 、亠匚、. 通道数2、4、8、16 通道功耗250W (Max.)电源要求AC220V,50HZ操作系统Windows XP视频接口VGA (标准 PC)网络接口RJ-45、 100Mb/s其他接口RS232/485, SB;工作温度10oC +40oC湿度95% （无凝露）

10、43系统功能分布式光纤应力监测系统主要包括如下几个方面的功能:报告桥梁的主要构件的实际内力分布和振动状况；报告桥梁的主要构件是否有损害或累积性损坏；并且给桥梁的营运管理和维修决策者提供桥梁的警告信息;根据对桥梁整体结构模型的优化分析；44监测内容分布式光纤应力监测系统主要监测以下内容：主跨纵向横向竖向位移；主跨钢箱梁的位移、截面的应力分布等；锚室主缆索股拉力；部分吊索拉力；斜拉索拉力；钢箱梁截面内部应力监测；地下连续墙的垂直沉降、平面位移、纵向变形、墙体钢筋应力；监测风载荷引起的桥梁振动；温度引起的桥梁应力；交通载荷引起的应力及振动；河水及冰块对桥墩的冲击等45系统软件主要功能1）可实时监测桥

11、梁的各测点测量参数，桥梁数据以数字或曲线图形式实时显示、 记录和打印，可根据需要设定测点数据，对原始数据不仅可进行滤波、计算等处 理，还可加入结构模型的相关计算。2）监测数据能够以多种数据库形式保存并可进行历史数据查询，还可以直接生 成EXCEL或其他形式报表。3）操作界面清晰直观，工具条与按钮操作。显示界面可分为主界面和各子界面， 各界面间切换灵活。界面图案可按客户要求绘制改动。4）数据的图形方式显示，包括时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图 等形式。5）具有数据越限报警功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警 画面和报警信息，同时还可提供各种声光报警等多媒体提示。6）能对

12、系统中的每一用户进行口令和操作权限的管理，能对不同的用户分配不 同的系统访问、操作权限级别，保障运行系统的安全性。7）实现对系统信息打印的管理功能，提供实时打印、定时打印、随机打印功能。 支持对图形、报表、曲线、报警信息、各种统计计算结果等的打印。8）在线编辑、维护、修改、扩展功能。系统软件满足开放性标准的要求，并满 足数据库容量的扩充、系统软件功能的增强等方面的要求五、培训与技术服务51技术支持5.1.1强大的服务队伍和服务体系威海北洋电气集团股份有限公司拥有非常完善的售后服务措施和服务管理 体制。特有的专人负责专项目，确保了与客户快速而准确的交流。5.1.2现场服务我们将派本公司的现场工程

13、师和应用工程师现场指导分布式光纤应力监测 系统系统的组建，安装与调试。同时也将协助用户应用开发。5.1.3软件服务威海北洋电气集团股份有限公司拥有非常优秀的软件团队，我们可以根据客 户的具体要求，为用户编制更加友好的用户界面。同时我们也可以和用户建立长 期的行业相关的软件合作。52培训5.2.1培训内容1）分布式光纤应力监测系统基本知识：光纤介绍、光纤传感技术的发展、 简介。2）分布式光纤应力监测系统介绍：分布式光纤应力监测系统原理和技术的 介绍，以及相关的行业应用。3）产品使用、维护、和安全手册。4）分布式光纤应力监测系统系列产品介绍，产品原理、安装、调试、操作 及维护保养等。5）其他光纤测

14、试仪器的使用介绍。5.2.2时间与地点威海北洋电气集团股份有限公司对上述内容的培训时间一般在产品安装调 试的时期，与用户协调时间，为买方3名人员在买方所在地进行现场培训，累计 时间大约3天。53售后服务5.3.1售后安装调试威海北洋电气集团股份有限公司按照购买合同约定的时间交付货物后，派专 业技术人员按照买方确定的时间在买方所在地现场免费安装调试，技术指标合格 后，出具验收报告。5.3.2电话支持服务威海北洋电气集团股份有限公司具有专门的服务热线号码，用户使用设备过 程中，出现由于设备引起的技术故障，可以拨打服务热线，提供故障的详细情况、 服务请求时间、联系人和联系电话，我们将在1个工作日内给予答复。同时我们 对于每个项目都有专门的负责人，所有的问题都可以直接联系该负责人。5.3.3现场支持* 在系统试运行期提供技术维护，可以在24小时内，派出最好的技术人员 到现场解决问题。* 在系统正常运行期间，维护中心提供7*24小时技术服务，保证在接到 用户投诉24小时内赶赴现场，24小时内解决问题。5.3.4.现场维修威海北洋电气集团股份有限公司拥有非常专业的现场维修工程师，接到故障 报告后，我们可以迅速的为用户安排现场维修。5.4保修期所供设备自交货验收合格后提供一年的免费维护和终生有偿的系统维护支 持服务。