¿Investigación y aplicación de tecnología de monitoreo de salud para grandes estructuras de puentes?

El monitoreo del estado de las estructuras de puentes grandes es en realidad un monitoreo de múltiples parámetros (que incluye temperatura, tensión, desplazamiento, características dinámicas, etc.). La llamada tecnología de monitoreo del estado de las estructuras de puentes grandes se refiere al uso de algunos componentes de prueba, sistemas de prueba e instrumentos de prueba instalados en partes clave de estructuras de puentes grandes para recopilar datos de prueba, transmisión remota y almacenamiento de datos de partes clave de estas estructuras de puentes grandes. a través del procesamiento y en el sitio, evaluación del estado de seguridad estructural y alerta temprana, etc., para medir diversas reacciones de grandes estructuras de puentes durante la operación en tiempo real y en línea. Se analizó el estado de seguridad de grandes estructuras de puentes y se evaluó su capacidad y estructura para soportar cargas estáticas y dinámicas.

La tecnología de monitorización del estado de las estructuras de puentes de gran tamaño implica múltiples campos transversales. Con el rápido desarrollo de la tecnología de detección moderna, la tecnología informática, la tecnología de comunicación, la tecnología de redes, la tecnología de análisis de señales y la inteligencia artificial, la tecnología de monitoreo del estado de las grandes estructuras de puentes se está desarrollando hacia el tiempo real, la automatización y las redes. En la actualidad, los sistemas de monitoreo de salud que incluyen una variedad de contenidos de detección, pueden monitorear el estado de grandes puentes en tiempo real e integrar comunicación remota y control de evaluación se han convertido en la vanguardia del desarrollo de la tecnología de monitoreo de salud de puentes grandes.

La tecnología de monitoreo del estado de la estructura de puentes grandes incluye principalmente tecnología de diseño general del sistema de monitoreo, sensores y su tecnología de diseño optimizado, tecnología de transmisión y adquisición automática de datos, tecnología de análisis de simulación estructural, diagnóstico de estado y tecnología de evaluación de la seguridad estructural.

2. Tecnología de diseño general del sistema de monitoreo de la salud estructural de puentes a gran escala.

El sistema de monitoreo de la salud estructural de puentes a gran escala es un sistema de monitoreo integral que integra el monitoreo estructural, la identificación del sistema y la evaluación estructural. . Generalmente se utilizan varios instrumentos y equipos de prueba avanzados para monitorear la respuesta de puentes grandes bajo diversos estímulos externos (incluidas las cargas de tráfico y las cargas ambientales; luego, la información de monitoreo se procesa, combinada con el conocimiento del modelo estructural, para diagnosticar y analizar la estructura); estado de daño de la estructura. Finalmente, evaluar el estado de salud de las grandes estructuras de puentes y determinar estrategias científicas de mantenimiento y conservación de puentes. El contenido de monitoreo generalmente incluye

1) La respuesta del desempeño físico y mecánico de grandes estructuras de puentes en condiciones ambientales y de tráfico normales, incluida la fuerza interna (tensión), la deformación, la frecuencia natural, la forma de vibración, la carbonización del concreto, la barra de acero. corrosión, etc.

2) Las condiciones de trabajo de componentes no estructurales importantes (como soportes) e instalaciones auxiliares de grandes puentes.

3) Las condiciones ambientales del puente, etc.

El monitoreo del estado estructural de puentes grandes utiliza tecnologías modernas de detección y comunicación para monitorear la respuesta estructural y el comportamiento de puentes grandes bajo diversas condiciones de carga ambiental en tiempo real. Para el diseño de sistemas de monitoreo para puentes grandes específicos, debido a sus diferentes características estructurales y enfoque de monitoreo, los métodos de monitoreo correspondientes, el contenido, la escala y los efectos de monitoreo también son diferentes, pero generalmente se deben seguir las siguientes pautas de diseño:

1, Requisitos funcionales del sistema

Diferentes objetivos funcionales requieren diferentes proyectos de monitoreo. La mayoría de los proyectos de monitoreo de sistemas de monitoreo de estructuras de puentes de gran luz y gran escala se basan en el monitoreo y la evaluación estructurales. Si el sistema de monitoreo tiene la función de verificación del diseño estructural, se necesita obtener más información necesaria para la identificación del sistema estructural. En términos generales, para puentes que soportan cables de gran luz, es necesario disponer más sensores en las torres de los puentes, las vigas de refuerzo y los cables para obtener un comportamiento dinámico estructural más detallado y verificar los modelos de análisis dinámico y las predicciones de respuesta en el diseño estructural.

Además, se deben instalar sensores en soportes, topes y algunas piezas de conexión para obtener información que refleje su transmisión de fuerza y ​​condiciones de restricción. Por lo tanto, la función del sistema de monitoreo del estado de la estructura de puentes grandes debe considerar los siguientes aspectos principales:

1) El comportamiento general de la estructura: incluido el estudio del comportamiento anormal de la estructura bajo la acción combinada de puentes vehiculares. , fuertes vientos y fuertes vibraciones del suelo Características lineales, así como el impacto de los cambios en las condiciones ambientales del sitio del puente sobre las características dinámicas y el estado estático de la estructura (distribución de fuerzas internas y deformación).

2) Problemas estructurales locales: como límites, condiciones de conexión, problemas de fatiga, como fatiga de soldadura de vigas de acero, mecanismo de falla de la superficie de unión de vigas compuestas: vibración local de cables (cables) y tirantes de soportes de cables; Mecanismo de daño de puentes.

3) Resistencia a terremotos: incluidos los cambios espaciotemporales del movimiento del suelo en cada sitio, la interacción estructural y el impacto de la excitación multipunto en la respuesta estructural. Realice análisis sísmicos de puentes grandes monitoreando la tensión, la deformación y la aceleración en la parte superior e inferior del muelle.

4) Resistencia al viento: incluye observación de las características del campo de viento, comportamiento de la estructura en campos de viento naturales y estabilidad de la resistencia al viento.

Además, también se debe prestar atención a la durabilidad estructural, los patrones de deformación de los cimientos y la capacidad portante de los cimientos de pilotes.

2. Análisis beneficio/coste

El diseño del sistema de seguimiento debe considerar primero el propósito y función del sistema. Para puentes grandes específicos, el propósito de establecer un sistema de monitoreo de la salud estructural puede ser el monitoreo y evaluación de puentes grandes, o puede ser la verificación del diseño, o incluso la investigación y el desarrollo. Una vez que se determina el propósito de establecer el sistema, se pueden determinar básicamente los elementos de monitoreo del sistema y también se pueden determinar los requisitos de diseño para sus funciones. Sin embargo, en el proceso de diseño del sistema de monitoreo, la escala de cada proyecto de monitoreo y la determinación de los instrumentos de detección y equipos de comunicación utilizados deben considerar el límite de inversión. Por lo tanto, al diseñar el sistema de monitoreo, se debe realizar un análisis de costo/beneficio. Se debe realizar una solución del sistema de monitoreo. Con base en los requisitos funcionales y el análisis de costo/beneficio, la cantidad de elementos de monitoreo y puntos de medición está diseñada para estar dentro del rango requerido, optimizando así la selección e instalación de las instalaciones de hardware del sistema.

3. Sensores y su tecnología de diseño optimizado

La selección de sensores considera principalmente los siguientes factores: selección del tipo de sensor, precisión del sensor, resolución, respuesta de frecuencia y rango dinámico; ubicación y su impacto en el entorno dinámico circundante, el impacto del ruido de medición, etc.

Los sensores utilizados en la detección y monitorización del estado de los puentes grandes se utilizan principalmente para medir parámetros como la aceleración, la velocidad, el desplazamiento y la tensión. Debido al gran tamaño de los puentes grandes, la frecuencia de vibración natural suele ser muy baja y el nivel de respuesta de la estructura suele ser muy pequeño. Por lo tanto, se requiere que los sensores tengan un amplio rango de respuesta de frecuencia, una buena respuesta de baja frecuencia y una buena respuesta de baja frecuencia. un amplio rango de medición. Los sensores tradicionales incluyen sensores de fuerza piezoeléctricos, sensores de aceleración, sensores de impedancia, galgas extensométricas, etc. Se han utilizado ampliamente en la medición de diversas estructuras de ingeniería y no se describirán nuevamente aquí.

Los sensores emergentes actuales incluyen principalmente: cable de vida útil, sensor de material piezoeléctrico, fibra de carbono, material semiconductor y sensor de fibra óptica.

El sensor de fibra óptica es un sensor avanzado que surgió con el vigoroso desarrollo de la tecnología de comunicación por fibra óptica. Es el material más ideal para el monitoreo a largo plazo. Sus principales características de rendimiento incluyen:

1) Tiene funciones duales de detección y transmisión; interferencia antielectromagnética, aislamiento eléctrico, resistencia a la corrosión, intrínsecamente seguro y confiable, y buena durabilidad; el tamaño pequeño y la flexibilidad tienen poco impacto en el medio medido;

2) Es fácil de reutilizar y conectar en red, y favorece la formación de una red de telemetría y una red de sensores de fibra óptica con la tecnología de comunicación óptica existente;

3) Amplio rango de medición. Puede medir temperatura, presión, tensión, tensión, flujo, velocidad, corriente, voltaje, nivel de líquido, concentración de líquido, composición, etc.

En cuarto lugar, el diseño general del sistema de monitoreo de la salud estructural de puentes a gran escala.

La tecnología moderna de monitoreo de la salud estructural de puentes a gran escala no es solo una simple mejora de la detección tradicional de puentes a gran escala. tecnología, pero el uso de tecnología moderna de monitoreo de salud estructural de puentes a gran escala La tecnología de detección y comunicación monitorea la respuesta estructural y el comportamiento de grandes puentes bajo diversas condiciones ambientales en tiempo real, obtiene diversa información que refleja el estado estructural y los factores ambientales, analizando así. el estado de salud estructural y evaluar la confiabilidad estructural, proporcionando una base para la gestión y gestión de grandes puentes Proporcionar base científica para las decisiones de mantenimiento.

1 Establecimiento del sistema de monitoreo

2 Principios de diseño del sistema de monitoreo

1) Principios primarios y secundarios de propósito y función

Monitoreo sistema El diseño debe basarse en el propósito y la funcionalidad del sistema establecido. Una vez determinado el propósito de establecer un sistema de monitoreo de la salud, se pueden determinar básicamente los elementos de monitoreo y los sistemas de instrumentos del sistema. En términos generales, el objetivo principal de establecer un sistema de monitoreo de la salud de un puente grande es comprender la seguridad operativa de la estructura. Por lo tanto, el diseño del sistema de monitoreo de la salud debe considerar primero el principio de monitoreo de la seguridad estructural. Puede estar relacionado con la seguridad estructural. Otros fines son auxiliares.

2) Principios de optimización de funciones y costos

El costo de un sistema de monitoreo de salud suele ser relativamente alto y generalmente consta de tres partes: costo de análisis de simulación estructural, costo del sistema de instrumentos y software de procesamiento. costo. El costo del análisis de simulación estructural es generalmente pequeño, pero es de gran importancia. Los sistemas de instrumentación son un componente importante del costo de un sistema de monitoreo de la salud. Cuantos más elementos y sensores de monitoreo haya, más completa será la información de monitoreo y mayor será el costo del sistema. Por el contrario, reducirá los costos del sistema, pero al mismo tiempo también puede reducir la efectividad de los datos de monitoreo debido a una información de monitoreo insuficiente. Por lo tanto, para que el costo del sistema sea más razonable, se deben optimizar las funciones y costos para obtener la máxima información de monitoreo efectiva con la mínima inversión. El coste del software de procesamiento de información, cuya función principal es interpretar, almacenar, transmitir y evaluar inicialmente grandes cantidades de información, es relativamente pequeño.

Esta parte del coste es relativamente pequeña.

3) Principios de sistematicidad y confiabilidad

El análisis de monitoreo, los cálculos de simulación y la experiencia en ingeniería se combinan orgánicamente. Solo aplicando los principios del análisis de sistemas se pueden combinar los puntos de medición y los proyectos de monitoreo. entre sí. Mejorar la eficiencia de monitoreo de todo el sistema; el requisito más básico del sistema de monitoreo es la confiabilidad. La confiabilidad de todo el sistema depende de la confiabilidad de varios instrumentos, el diseño general de la red de monitoreo y la cooperación durante. construcción.

4) El principio de prioridad y consideración integral

Los componentes clave se refieren a áreas, áreas sensibles a la deformación y partes clave que pueden causar daños estructurales debido a diversas razones. Ser Realizar seguimiento de claves. Pero también debemos considerar la exhaustividad y monitorear la integridad estructural, como el monitoreo general de la seguridad de los cimientos.

5) El principio de combinar el seguimiento en tiempo real con el seguimiento regular.

Después de determinar los elementos de monitoreo de acuerdo con el propósito, la función y la optimización de costos del monitoreo, se debe considerar el principio de configuración separada del monitoreo en tiempo real y el monitoreo periódico. Debido a los diferentes proyectos de monitoreo, algunos proyectos no requieren monitoreo en tiempo real a largo plazo, pero su frecuencia de monitoreo es mucho mayor que la del monitoreo manual. En este momento, se puede considerar un monitoreo regular para reducir los costos de mantenimiento posteriores y la presión del procesamiento de datos.

El transporte es el sustento económico de un país, y los grandes puentes son la garganta del transporte. La construcción y mantenimiento de grandes puentes es una parte importante de la construcción de infraestructura de un país y un símbolo de desarrollo económico y progreso tecnológico. Este artículo analiza brevemente el diseño de sistemas de salud de puentes a gran escala, con la esperanza de ser útil para los colegas.

Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd