基于光纤技术的曲线梁桥健康监测研究

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随着高速公路和城市高架桥的建设,曲线梁桥被广泛应用于互通式立交桥中。由于曲线梁桥结构比较简单,跨径不大,其健康状况常常被人们所忽视,但由于曲线梁桥的自身结构特点,在运营过程中,往往会因车辆离心力的作用而产生横向变形和爬移,甚至发生横向爬移过大而导致的桥墩底部开裂或支座脱空病害。为了保障曲线梁桥的结构安全和车辆运行安全,有必要对曲线梁桥的健康状况进行监测,尽早发现其在运营过程中存在的问题,并及时采取处理和加固措施。本文以郑州市花园口立交F匝道工程为依托,采用光纤光栅技术建立了曲线梁桥的健康监测系统,并通过一年多的实测数据分析判定曲线梁桥的健康状况。主要研究内容和成果如下:  1.利用有限元方法建立了花园路立交F匝道桥的有限元模型,计算取得了桥梁在自重、预应力荷载、二期恒载、温度、汽车荷载不同组合下的主梁应力和桥墩处桥墩与主梁之间的相对位移,为传感器布设和健康状况评定提供基础数据和依据。  2.在应力控制截面和变形控制截面布置安装了光纤光栅传感器。建立了集光纤位移、应力、加速度传感器和数据解调、远程采集、控制、分析为一体的曲线梁桥健康监测系统。  3.基于MATLAB中的GUI功能,编写了郑州花园路立交F匝道桥健康监测分析软件,软件具有对大量监测数据的直接提取、分析、绘图和显示功能。  4.对系统运行一年来的位移、应变、加速度和温度实测数据进行了分析研究,并通过图像直观显示桥梁受力状态。数据分析结果显示,当前曲线梁桥的最大应力小于材料的设计强度,最大位移,特别是横向爬移小于规范容许变形,桥梁处于健康状态。  5.采用桥梁承载能力系数判断桥梁的安全储备大小。数据计算表明,在正常车辆荷载的作用下,郑州花园路立交F匝道桥的安全储备符合设计要求。并进一步计算不同车辆荷载作用下的承载能力系数,对所能允许的上桥车重进行了预测。
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