结构检测技术(第8讲)本科生专业选修课程结构检测技术—TechnologyofStructuralDetection主讲教师:纪金豹内封开课时间:星期四(9:55~11:30)2013-3-16第8讲结构健康监测技术结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程内容提要•健康监测的概念与发展•健康监测系统的构成与实现结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程结构设计与在役结构评估的比较设计•拟定一种结构形式•设计荷载与规范材料强度•基于边界条件理想化假定或简化荷载分布•期望得到一理想结果•无时变性•选择既安全又经济的方案评估•按“已建”结构处理•实际荷载和实际材料特性•按实际支撑及节点构造来评估所有承载构件•状况是否良好•结构抗力衰减•“是否维修?”–评估是关键结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程(1)监测日益受到重视。(2)监测内容日益全面。(3)监测仪器多样化、智能化。(4)监测系统功能在不断完善。(5)监测算法发展迅猛。(6)可供借鉴的理论和经验日益丰富。(1)软硬件成套解决方案。(2)监测算法的完善和发展。(3)设备接口、人机接口技术。(4)指标定量化和技术标准化。(5)技术推广和实际应用。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康监测系统简介结构健康监测系统是由先进传感技术、数据采集技术、人工智能技术、专家系统、数据库和互联网等技术系统集成。•提高对结构的监测力度•随时发现问题,及时养护•预防灾难的发生•结构健康状况联网,统一管理结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康监测的意义1.为维修维护提供决策依据2.技术档案(积累数据和资料)3.损伤预警(及时预报超载、破坏等情况)4.管理决策(规划、设计、施工资料汇总)结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康监测系统的功能•实时监测结构状态•实时诊断,实时报警•健康状态评估,建立档案•远程专家会诊结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康监测系统的基本内容•结构有限元模型与模型修正•传感器布设(类型、数量、位置)•信号采集系统软硬件•监测预警算法、损伤识别算法•人机接口•数据通讯、存储、显示结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康监测系统的性能指标1.经济指标2.系统稳定性、可靠性3.耐候性(高低温、潮湿、腐蚀)4.算法有效性结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康监测系统的理论基础1.传感器技术2.数字信号处理与变换3.网络通讯技术4.系统辨识与模态分析理论5.有限元模型结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程•2000年8月,四川奈溪河浮桥沉塌。•2000年9月,国道319线斜阳溪大桥垮塌。•2000年10月,河南一座“豆腐渣桥”塌方,3名民工死亡。•2001年11月,四川宜宾南门大桥桥面突然断裂。•2002年6月,洪水冲垮陇海铁路西安段的一座铁路桥梁。•2004年6月,辽宁盘锦市境内辽河大桥突然倒塌。•2004年6月,深圳矮江桥发生塌陷事故。•2006年5月,甘肃省岷县省道306线北门洮河大桥垮塌。•2006年12月,北京顺义减河一座悬索桥承重测试时坍塌。•2007年5月,江苏运村路大桥因车辆超载坍塌。•2007年6月,广东九江大桥桥墩撞断,桥面垮塌。•2007年7月,309国道山西临汾段,一辆满载60余吨原煤的超载车将承载7吨的桥梁压塌。•2007年8月,湖南省湘西自治州凤凰县沱江大桥发生坍塌事故,造成人员严重伤亡,事故原因尚在调查之中。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程塔克马海峡桥(TacomaNarrowsBridge)1940年11月7日TacomaNarrowsBridge在一场并不是很大的风中扭曲倒塌。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程费城WalnutStreet大桥1996年1月,美国宾夕法尼亚州的WalnutStreet大桥受洪水冲击而坍塌。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程美国佛罗里达州坦帕市阳光高架桥SunshineSkywayBridge1980年5月一个暴风雨的清晨,旧SunshineSkyway大桥被一艘货船撞塌。造成35人死亡。这是事故现场和事故模拟图结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程1999年1月4日,重庆彩虹桥垮塌,导致40人死亡,造成极其严重的社会影响。除了施工质量差的原因外还有武警战士的齐步共振之力。国内部分重大桥梁事故结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程2001年11月7日,四川宜宾南门大桥桥面断裂坍塌。主要原因是本应能在事发前检测到的吊杆锈蚀问题结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程2004年6月10日,辽宁盘锦田庄台大桥垮塌,主要原因是该桥在超限车辆长期作用下,内部预应力严重受损,以至于发生结构瞬间脆性断裂。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程1998年9月24日,位于甬江入海口的宁波招宝山大桥发生两处梁体断裂。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程2007年5月13日,江苏常州公路大桥单幅突然发生倒塌。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程事件回放:2011年7月14日早上8时50分许,福建武夷山公馆大桥北端轰然垮塌,一辆正在桥上行驶的旅游大巴车坠入桥下,造成1名驾驶员当场死亡,其余22人受伤。事故原因:桥梁个别或部分吊杆断裂,导致桥面荷载失去承载而发生桥面垮塌。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程事件回放:2011年7月15日凌晨1时55分,钱江三桥引桥北向南离滨江转盘不到800米处右侧车道部分桥面突然塌落,一辆大货车从桥面坠落,又将下匝道砸塌。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程事件回放:2011年7月11日凌晨2时10分左右,江苏盐城境内328省道通榆河桥发生垮塌,两辆货车坠落。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程事件回放:2011年7月19日零时40分,一辆载重超过160吨的严重超载6轴货车通过北京怀柔宝山寺白河桥,当驶过该桥的第一孔桥洞时,该桥发生坍塌,随后4孔桥洞全部坍塌。无人员伤亡。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程2006年12月9日下午2时40分,顺义区卧龙环岛北侧一条横跨减河的景观悬索步行桥在测试承重时坍塌,10辆用来测试的卡车随桥身坠下后报废,一名司机在事故中骨折,另有两人轻伤。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程2012.8.27哈尔滨塌桥事故结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程2013.2.1河南义昌大桥坍塌致26亡结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程实时监测桥梁结构桥梁结构的本地健康管理系统气象数据应力、振动、位移车流量实时数据记录事件捕捉、事件纪录提取并保存特征数据建立监测数据库结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程实时诊断采用人工智能的方法,通过在桥梁结构的本地健康监测系统中运行的诊断软件,对桥梁结构的应力、振动和位移等实时数据进行分析并作出实时诊断,及时发现桥梁结构隐患并报警。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程健康状态评估,建立档案根据实时监测数据,使用健康评估软件通过远程或桥梁结构的本地健康监测系统定期对桥梁结构健康状态进行评估,并建立桥梁结构档案,存入桥梁结构健康管理数据库,同时提供趋势预测。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程传感器信号数字信号放大采样本地数据设备接口数据报网络传输数据分析数据处理远程数据数据显示数据存储设备程序接口?网络传输协议?数据库技术?数据分析数据显示数据存储远程服务器管理?图形图像技术?时频分析算法?用户界面结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程远程专家会诊桥梁结构的监测数据可通过互联网或电话线向中央监控计算站传输所有数据,由桥梁结构专家对桥梁结构实施定期的远程会诊和不定期的应急诊断,并在全国桥梁结构健康状况网中统一建档管理。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程预防灾难发生•防止超载车辆通过桥梁结构(在上桥前设立监测点,及时发现并阻止超载车辆的通行)。•监测过往船只防止发生撞桥事故•监测天气情况结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程桥梁结构监测中心卫星电话线基站光纤网络TCP/IP远程用户结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程目标知识库系统集成损伤辨识/综合管理通讯协议/数据处理电压量/数字量传感器/数采系统/计算机/网络数据信息知识信号预警结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程集散式数据采集系统桥梁结构健康管理系统中的数据采集系统应采用集散式数据采集系统,将它安装在桥梁结构的各个监测点附近,就近连接传感器。然后将采集到的数据通过总线传送到本地桥梁结构健康管理系统。它要求采集模块具有:•可抗各种恶劣的工作环境,满足桥梁结构长期连续监测的要求•具有自诊断自校准功能方便维护•采用隔离技术提高抗干扰能力•远距离通讯的能力结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程数据采集系统与传感器双绞线局域网RS485ADAM结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程集散式(分布式)数据采集系统远程数据采集模块数据采集、处理工作站无线通讯模块结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程用户接口-系统主界面结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程GPS位移监测子系统由于大跨度桥梁结构的结构特点,桥体及其附属结构的变形和位移对于桥梁结构的承载能力及安全性都很大的影响。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程光纤光栅温度/应力检测系统结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程光纤光栅传感器的安装光纤光栅传感器既可安装在钢缆、吊杆等处,也可以预埋在混凝土结构中。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程光纤光栅温度/应力的分布式测量方案可实现120个点温度或应变监测的光纤光栅传感及复用系统宽带光源FBG1FBG2FBG4040通道波分复用器………………………PD1PD40…FBG0宽带光纤耦合器光开关结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程声发射无损检测技术声发射检测是一种动态无损检测新技术,可以在载荷考核全过程对被检件进行实时、连续、整体监视及破坏实时预报,可以确定被检件损伤的集中部位及损伤的严重程度。声发射传感器声发射测量系统结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程气象数据子系统采用自动气象站采集温度、湿度、风速、风向、气压、雨量等气象数据。数据经RS-485总线传送到前端数据采集分站。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程超声波风速传感器•用三个等间距的超声波换能器,采用100kHz的超声波,并通过温度、湿度和高度补偿,测量出风力、风向。•安装方便,不仅可测量水平风,还可测量垂直风。广泛应用于桥梁结构监测。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程动态地秤子系统采用动态称重仪、闭路电视监视器和车速检测装置,构成动态地称子系统。同时对多条车道实时动态超载车辆检测,过往车辆无需减速停车,提高检测效率。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程高速动态称重仪•单轴称重20000公斤,精度高,用于收费定级及超载鉴定。•配合桥梁结构监测系统使用,更可记录车辆通过称重仪的各种详细数据。•称重通行速度:5-120公里/小时适用车道数:4车道最多可称轴数:9轴总重最大误差:5%结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程视频监视子系统使用视频监视系统的目的有:•监视交通情况,处理交通阻塞和交通事故;•监视船只,预防事故并为事故处理提供证据;•为识别超载车辆提供辅助手段;•对突发事件进行监视录像。结构检测技术—北京工业大学本科专业选修课程数据分析及处理•监控及数据处理工作站对各监测站传送的信息进行处理、归档并存储,同时以多模式实时数据显示。当出现问题或形变及位移超出阈值时,进行报警。•工作站还负责控制远端GPS监测站,并对其进行参数设置。•系统服务器负责综合工作站上传的大桥位移数据及其他传感器的信息,进行分析,对大桥健康状况进行整体评估。结构检测技术—北京工业大学本科专业
本文标题:第8章结构健康监测
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