武汉天兴洲大桥公路桥加速度监测技术研究

2015-11-25韩灵杰尚亚琼

河南科技 2015年18期

韩灵杰尚亚琼宁强

（1.郑州科技学院土木建筑工程学院，河南郑州 450064；2.河南理工大学万方科技学院建筑与测绘工程系，河南郑州 451400；3.江苏法尔胜光电科技有限公司，江苏无锡 214400）

目前，国内外新建的大跨度桥梁一般都在大桥建筑中安装了包括振动测试传感器在内的各种传感器，用于大桥实时或定期地进行长期健康监测，而动力监测是桥梁健康监测的重要组成部分。基于动力监测的大桥健康监测主要包括4个阶段:①对完整结构进行动载测试。②利用动载测试的结果，对大桥结构的有限元模型进行修正，建立一个比较准确的有限元动力计算模型。③对大桥结构的损伤检测与识别。④对大桥结构安全性、可靠性评估。其中第3阶段则是损伤检测的核心部分，主要了解结构状态是否发生变化（是否出现损伤），如有损伤，要求识别其损伤位置（类型）、损伤严重性（程度）等。因此一般的大跨桥梁都要求在其使用过程中进行长期的在线检测或定期检测［1］。

1 工程概况

武汉天兴洲长江大桥位于武汉长江二桥下游10公里处，北起汉口平安铺，南止武昌武青主干道。该桥总长度为9.3km，其中主桥长4 657m，主跨504m，是世界上最大跨度的公路铁路两用斜拉桥［2］。天兴洲大桥公路桥主要采用的是大跨径的预应力混凝土连续箱梁和预应力混凝土简支箱梁，考虑桥梁结构的受力特点，为掌握武汉天兴洲长江大桥在运营阶段的固有振动特性的状况及变化，监测车辆荷载（或环境）激起桥梁结构的振动，并论证其抗震性能，按照实施细则及专家意见，选择了连续梁64#墩、65#墩梁端开展加速度动力监测技术研究。

2 监测方法

桥梁动态监测主要采用电磁类振动传感器，这类传感器用于现场短期检测，可以满足应用要求。但用于桥梁的长期实时在线监测还存在问题。主要是因为这类传感器的输出信号一般为电荷信号或模拟电压信号，信号传输损耗大，传输距离在300m以内。为了把信号传输到距离桥梁现场较远（一般在2km以上）的控制室，通常要在现场设立采集站，对信号进行采集和处理，处理结果再通过光纤网络传输到控制室进行显示和监测。加之现场环境并不适合电子设备仪表的长期工作，出现故障的概率很高，维护困难，成本高，系统运行的连续性很差，因而电磁类振动传感器的应用受到了极大限制。而光纤光栅加速度传感器是利用光纤光栅的应变传感机理来实现对加速度的测量，用光的波长变化测量加速度值，并用光纤来传感、传输信号。集测量、传输于一体，具有信号传输距离远、测量精度高、长期稳定性好、不受电磁干扰、容易组网等优点。另外，设计的双悬臂梁结构的光纤光栅加速度传感器，采用了匹配光栅滤波解调技术，很好地解决了温度对测量的影响［3-4］。