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Luna技术在切河大桥结构健康监测中的应用

沿线美国削减河大桥2在密西根上半岛与卢娜检测技术作为一个研究项目的一部分结构健康监测系统研究的可行性(shm)监测的结构行为,评估安全、流动性、资产管理和规划应用程序使用远程传感器。

Cut River Bridge的试点项目是一个模型,可以在密歇根州的其他桥梁位置使用,并且从该项目中吸取的经验教训将帮助MDOT在其他桥梁站在其他桥梁站点上的SPMS实现。

密歇根的切河大桥
密歇根的切河大桥

利用SHMS,可以监测关键桥构件中的应力,并且可以在结构构件的需求和容量之间进行比较。该监测用作任何结构成员的任何可能过度关注的预警系统。这与断裂临界结构尤其重要,因为在发生故障之前可能没有给出没有视觉警告的临界结构。当超越安全的阈值应变值时,系统可以设计成警告MDOT和工作人员对桥梁的潜在问题进行响应。SHM可以有助于确定结构构件之间的负载分布,这可以是截面损耗的指示和结构的刚度变化。随着结构构件中力的准确测量,可以更好地估计结构继续安全地承载交通的能力。这将有助于MDOT规划未来的任何维修并评估与桥接相关的任何风险。可以通过比较改装之前和之后的应变值来监测维修的有效性,这也将有助于估计剩余的使用寿命。

由于其独立,远程位置,而无需轻松访问桥接器站点的电源,极端天气条件以及桥梁与工作人员监控位置的长途通信挑战,因此为该项目选择了该项目。

Luna应变仪在Cut River Bridge项目上的位置
Cut River Bridge项目温度和应变仪的位置

切特河大桥是一座三跨悬臂式甲板桁架桥(密歇根州仅有的两座悬臂式甲板桁架桥之一),长641英尺,包含888吨钢结构,被认为是“断裂关键”结构,这意味着桥的一部分含有钢构件,如果钢构件失效,可能会导致桥的一部分坍塌。在2007年密西西比河上的I-35W大桥倒塌之后,为了防止类似的灾难性事件发生,断裂的关键结构已经得到了额外的审查。通常,每两年检查一次断裂临界结构。然而,这种检查只能通过目视或无损评估(NDE)观察和记录缺陷。桥梁结构构件的实际物理应力是不测量的,只有当一个构件正在经历明显的变形时才能观察到。

为了执行结构健康监测(SHM),在甲板桁架中的几个主要张力构件上安装了16个光纤LUNA应变仪(下面)。另外,将四个温度传感器与四个光纤应变仪中的四个相邻安装。由于温度效应,温度传感器有助于校正应变仪的任何“漂移”。为了理解穿过导致观察到的菌株的桥梁的卡车载荷,在桥梁以东大约两英里的道路下面放置了一台重型运动(WiM)站。WIM站为在高速公路上行驶的任何卡车提供轴重和间距。

安装Luna传感器
由于光纤传感器安装在钢表面,它们通过点焊安装,然后覆盖和保护外部元件。应变片用胶带覆盖,并涂刷富有机锌底漆。

MDOT选择了Luna的光纤应变仪,为传统的其他应变计类型提供的许多优点,如:更高的应变范围,较长的疲劳寿命,不受周围电磁波的影响,更快的采样率。应变读数通过温度传感器校正热效应。应变计和温度传感器设计成共同,以提供桥梁中的菌株的精确测量。

应变片安装在南北桁架的内外两面,共16个位置。温度传感器仅安装在一个对角和一个顶部水平桁架构件的应变片附近。

当光通过光纤电缆和传感器时,其波长随着光纤布拉格光栅传感器中的应变的变化而变化,从而在桥构件中变化。Luna(前身为Micron Optics) sm130光学传感询问器连接到传感器,用于连续测量这些波长。它由位于混凝土拱顶的12V直流太阳能供电系统供电。讯问器的数据通过一系列天线传输,最终可从任何一台连接互联网的计算机获取。

截河大桥工程应变v时间图
这张图显示了一辆卡车如何通过桥和通过每个应变片。该卡车是一辆5轴卡车,总重量为52.1基普,总长度为64.3英尺。

来自位于桥梁工程师办公室的计算机收集了Cut River Bridge项目的数据,但可以从带互联网接入的任何计算机收集。数据收集过程的另一个目的是获得通过这些车辆引起的桥梁以及桥梁构件中的卡车的重量和轴配置。收集数据后,处理以将卡车信息与应变信息相关联。根据当前的AASHTO和MDOT标准,该信息可用于在桥梁经历的实际负载之间进行相关性。

切河桥项目应变V卷图
该图显示了所有过桥卡车的仪表记录的最大应变(聚集在底部),表明桥梁在安全水平(红线所示)内运行良好。

来自桥梁的应变信息被用来确定由移动的卡车引起的活荷载应变,然后与最大允许应变进行比较,以确定桥梁成员是否超应力。

切特河大桥的试点项目是一个模型,可以在整个密歇根的其他桥梁地点使用。从这个项目中吸取的经验教训将有助于MDOT未来在其他桥址实施SHM。

有关Luna SM130的信息,请亥伯龙神si255询问者或者光线影业的软件,与我们联系。

要阅读密歇根运输部的完整报告,请访问这个网站