／，黟槭携建设
［文章编号］１６７２—７０４５（２００８）０６—０１０９－０３
。赵俊
摘要：本文通过对新型桥梁挠度监测方法的性能进行分析，应用流体专业有限元软件ＦＬｕＥＮＴ建立模拟模型，模拟在实际桥梁挠度产生的情形下，各监测点的压强值与其挠度的相关性，进一步分析各个因素对压力场挠度相关性的影响。
关键词：桥梁健康检测挠度相关性
高，许多桥梁的实际承载能力超过了设计能力，桥梁的老化和功能退化呈现加速趋势。为确保桥梁的结构安全，实施经济合理的维修计划，实现安全经济运行，建立桥梁结构健康监测系统是非常必要的。同时，通过健康监测系统发现桥梁早期的病害，能节约桥梁的维修费用，避免出现频繁大修封闭交通所引起的重大经济损失。桥梁结构健康监测是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下
随着国民经济迅速发展，对于交通运输能力的要求不断提
的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，
压力场挠度监测系统基本设想是在全桥需要测量的范围内建由此分析结构安全状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。在桥梁结构健康监测系统中，结构变形监测是重要的组成部分，因为桥梁结构的变形是最直接和直观的安全指标之一。因此在桥梁结构健康监测系统中，桥梁结构的变形监测常被列为最主要和重要的监测内容之一。
［中图分类号］Ｕ４Ｊ４６［文献标识码］Ａ
１压力场挠度监测系统简介
１０９
广黟槭壤建设
、
ｐｌａｎｅ０１ｐＩａｎｅ０２ｐＩａｎｅ０３
ｐＩａｎｅ０４ｐＩａｎｅ０５
ｐＩａｎｅ０６ｐｌａｎｅ０７
９
Ｘ：一６０ｍ
Ｑ
Ｘ＝一４０ｍ
９
Ｘ＝一２０ｍ
９
Ｘ＝０ｍ
图２水管监测位置示意图
９
Ｘ＝２０巾
９
Ｘ＝４０ｍ
９
Ｘ＝６０ｌＴＩ
・
．
立压力场，建立压力场与结构挠度变化的对应关系，即将结构挠度变化转变为压力场的压力变化，通过传感器反应压力变化，最后再进行Ａ／Ｄ转换得出结构的挠度变化。具体做法是利用水箱和水管建立全桥压力场（见图１系统示意图）。首先将一水箱固定在不变位的地方，以便提供一个相对恒定的压力源；通过钢管将水压设置到需要测量变形的部位并将钢管与测量体固定使其能够一起变形；选用高精度的压力变送器将压力变化转换成挠度的改变。当桥梁结构产生变形时，固定在主梁上的钢管将随着结构一起变形，沿着钢管长度方向的压力必然改变。如果沿着钢管长度方向布置了所需要的测点，就可以通过变送器将压力转换成模拟信号，再经采集系统转换为挠度的变化。２
忙的交通，还要承受风、温度变化、空气污染和地震等自然环境因素的影响。因此，桥梁结构健康监测系统必须具有精度高、稳定性好、耐久性长等特点；此外，对于挠度监测系统另一个要求是能否具有合适的采样频率以便监测到桥梁结构产生的最不利挠度值。本文用流体专业有限元软件ＦＬｕＥＮＴ对该挠度系统进行挠度与其相应位置压强值的变化之间的相关性理论分析，并讨论各种因素对相关性的影响。２．１物理模型
模型采用两端水箱间用水管连接的形式，两端水箱的水位为１．５ｍ，水管采用直径为ｏ．０５ｍ的镀锌钢管，长度为１５０ｍ，管内壁的粗糙高度采用精制商品镀锌钢管壁的粗糙高度△＝ｏ．１５唧。在水管上布置７个监测点详见图２。２．２计算模拟分析２．２．１方案设计
坐标原点在水管中点，监测点分别位于ｘ＝±２０ＩＩＩ、±４ｏＩｌＩ、士６０ｍ处。计算得到每一个时间
间的相关性。中间水管部分采用动网格技术使其下挠，挠度影响曲线用ｙ＝Ａｓｉｎ［（ｘ＋７５）丌／１５０］来模拟。挠度值在其产生时间内以抛物线的方式变化，变化方程为Ａ＝４ｈ（ｔ—Ｔ／２）２／Ｔ２，其中ｔ为时间、Ｔ为挠度从产生到消失的时间跨度’ｈ为监测点在荷载作用下挠度影响线最大值。
桥梁的挠度产生原因很复杂，其中桥梁在自重等永久荷载和车辆、日照温度等可变荷载作用下产生的挠度是主要原因，另外桥梁在自然环境中还处于振动状态，对于１５０ｍ跨径的斜拉桥第一阶自振周期一般为１ｓ左右。如果挠度产生时间较短，水管内的水可能流速较大，流动情况更复杂，因此本文拟取１ｓ为挠度产生时间，来验证系统的可靠性，在此时间内进行４０次数据采集，其产
．
生的挠度最大值对于１５０ｍ的桥梁
设定为ｏ．２ｍ。
２．２．２
系统的压强与挠度相关性
Ｔ＝１ｓ“＝ｏ．２ｍ、△＝ｏ．１５眦
分析
各种桥梁所处的实际环境都是非常复杂的，不但有桥面上繁
的工况计算结果
当Ｔ＝１ｓ，ｈ＝ｏ．２ｍ，△＝ｏ．１５彻时ＦＬｕＥＮＴ计算得到各个监测点的位移值和压强值，由此统计得到
步时的压强和竖向的坐标值（挠度），然后统计分析压强与挠度之
表１
ｐｌａｎｅ０１
Ｔ＝ｌｓ’ｈ：ｏ．２ｍ、△：０．１５咖时各点压挠相关系数
ｐｌａｎｅ０３＿０．９８８１４
ｐｌａｎｅ０４
ｐｌａｎｅ０５
ｐｌａｎｅ０２ｐｌａｎｅ０６
＿ｏ．９９４
ｐｌａｎｅ０７
相关系数
—Ｏ．９９２２２－ｏ．９９０１９—Ｏ．９８４０６．ｏ．９９２４１
－ｏ．９９２４６
、Ｌ
……●‘
１１０
，
广移城携圣谈
、
逍关系趴～—＼≥∑，
ｆ一１
表２不同Ｔ的四个工况的各个监测点的相关系数
ｐｌａｎｅ０１—０．９６７７４—Ｏ．９９２２２＿ｏ．９９６２９一ｏ．９９７７９
ｐｌａｎｅ０２－。．９５６３８＿ｏ．９９０１９－ｏ．９９６５８－ｏ．９９７７６
ｐｌａｎｅ０３Ｏ．８８２８ｌ
－ｏ．９８８１４
ｐｌａｎｅ０４—Ｏ．８６００４
ｐｌａｎｅ０５ｐｌａｎｅ０６
ｐｌａｎｅ０７
＿ｏ．９３１１５—Ｏ。９９２４ｌ－ｏ．９９８８１－ｏ．９９８１９
一ｏ．９６５７２—Ｏ．９９４＿ｏ．９９７１７－ｏ．９９８１９
∞．９５３１６∞．９９２４６咱．９９６８５∞．９９７５７
ｆ一２
ｆＬ３
∞．９８４０６
—０．９９５０６
一ｏ．９９４９５－ｏ．９９７６２
￡一４
啪。９９７６
・
麓送系趴——～．：∑
ｎｒｌ
嚣－２ｎ卜－３
表８不同材料四个工况的各个监测点的相关系数
ｐｌａｎｅｏｉ—Ｏ．９９２０５—Ｏ。９９２２２
ｐ王鑫ｎｅ０２
ｐ王ａｎｅ０３
ｐｌａｎｅ麓加．９８４５８
—Ｏ。９８４０８
ｐ王鑫ｎｅ０５
ｐ１８ｎｅ沩
－ｏ．９９２６３
ｐ王ａｎｅ０７
—Ｏ．９９０１９—Ｏ。９９０１９—Ｏ．９９１８４
∞．９８７２１
—０。９８８１４－ｏ．９８６１
ｑ．９９２３１＿ｏ。∞２４１
—旬．９９２８３—Ｏ。９９０８ｌ
－ｏ．９８６６７
固．９９４
—Ｏ．９９２１９－。．９黪３０５
书．９９２４８
—Ｏ．９８５８－ｏ。９８９１７
ｑ．９９２２２
—Ｏ。９９１９８
呻．９８４２６的。９８０７８
栩—４
固。∞１１３固。９７９８８
其各个监测点压强与挠度相关系数（见表１）都在ｏ。９８以上，相关性菲常好，证明由歪疆变化霹以准确地得到挠度的变化。
２。２。３挠度发生时闯对褶关系数的影响
在水管长度１５。ｌ珏、糙糙高度ｏ．１５唧和最大挠度值ｏ．２ｍ不变情况下，依照Ｔ大小的不同，设置了西个工况进行计算，来考察挠度发生时间对相关系数的影响。四
ｍ＿３、ｍ＿４，其巾ｍ＿１工况采用的是不锈钢管，其粗糙度为ｏ．０５棚；拄ｒ２王况采嗣的是精销镀锌钢管，其粗糙度为ｏ．１５咖；舻３工况采用的是酱通镀锌镪管，蒸粗糙度为ｏ．３ｍｍ；ｍ一４工况采用的是锈蚀严重钢管，其粗糙度为ｏ．９５ｍ瓣。翦三个工况的相关性没有变化，而第四个工况相关性减小明显（见表３），工程采用精制镀锌钢管，故能保证系统的精确性。
钢管管蹙粗糙度不会影响管内水的流动，可以满足实际使用的霈要。
参考文献
【１】张启伟．大型桥梁健康监测概念与监测系统设砖【Ｊ】。同漭大学学报，２００１，（０１）６７—６８．
【２】陈德俸，李欣然，杨文零。桥梁结构安全靛测中的挠度测试新方法【Ａ】．第十六届全图桥梁学拳会议论文集（下册）｛ｃ】，２００４。
【３】杨建春，陈伟氏．连通管式光电挠度测量系统茂英大捺篮测应用【Ｊ】．光电子・激光，２００６，《０３）。
《撵者簟位：中镶十八愚蠢瓣有限公訇。广西南宁５３００２２）
个工况分别是ｆ｜ｉ、ｆ一２、ｆ一３、“，
它们的Ｔ分别为ｏ．５ｓ、１ｓ、１．５ｓ、２ｓ。壶各个王况下各个监测位置的相关系数（见表２）可以肴出，Ｔ越大的工凝其相关性越好，因此该系统更适合应用于大跨径桥梁。
对主梁挠度的监测系统要求具有足够的灵敏度、稳定性，测点之间的同步性，采样频率能够符合结构的需要。本文通过对雁力场监测系统的理论分析可以说明该系统满足慕本要求，得到结论：该系统在监测１５０ｍ跨径斜控桥主梁挠度时，采样频率为１ｓ时，压强与挠度的攘关性均在ｏ。９８泼主，具有足够的精度；挠度发生时间越长，压挠相关性越好；一般镀锌
３结论
２．２．４水管壁面粗糙度对相关
系数的影响
不同材料的基管，管壁粗糙
度是不同的，在Ｔ＝１８、ｈ＝ｏ．２ｍ不变情况下，以戴设立曜令王况来考察管壁粗糙度对相关系数的影嚷。四个工况分别是旷ｌ，ｌｌ卜２、
、・・ｔ・・・－－／
新型桥梁挠度监测方法的性能分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
赵俊
中铁十八局集团有限公司,广西,南宁,530022广西城镇建设
CITIES AND TOWNS CONSTRUCTION IN GUANGXI2008(6)
参考文献(3条)
1. 张启伟 大型桥梁健康监测概念与监测系统设计[期刊论文]-同济大学学报 2001(01)2. 陈德伟. 李欣然. 杨文军 桥梁结构安全监测中的挠度测试新方法[会议论文] 2004
3. 杨建春. 陈伟民 连通管式光电挠度测量系统及其大桥监测应用[期刊论文]-光电子·激光 2006(03)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gxczjs200806063.aspx
／，黟槭携建设
［文章编号］１６７２—７０４５（２００８）０６—０１０９－０３
。赵俊
摘要：本文通过对新型桥梁挠度监测方法的性能进行分析，应用流体专业有限元软件ＦＬｕＥＮＴ建立模拟模型，模拟在实际桥梁挠度产生的情形下，各监测点的压强值与其挠度的相关性，进一步分析各个因素对压力场挠度相关性的影响。
关键词：桥梁健康检测挠度相关性
高，许多桥梁的实际承载能力超过了设计能力，桥梁的老化和功能退化呈现加速趋势。为确保桥梁的结构安全，实施经济合理的维修计划，实现安全经济运行，建立桥梁结构健康监测系统是非常必要的。同时，通过健康监测系统发现桥梁早期的病害，能节约桥梁的维修费用，避免出现频繁大修封闭交通所引起的重大经济损失。桥梁结构健康监测是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下
随着国民经济迅速发展，对于交通运输能力的要求不断提
的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，
压力场挠度监测系统基本设想是在全桥需要测量的范围内建由此分析结构安全状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。在桥梁结构健康监测系统中，结构变形监测是重要的组成部分，因为桥梁结构的变形是最直接和直观的安全指标之一。因此在桥梁结构健康监测系统中，桥梁结构的变形监测常被列为最主要和重要的监测内容之一。
［中图分类号］Ｕ４Ｊ４６［文献标识码］Ａ
１压力场挠度监测系统简介
１０９
广黟槭壤建设
、
ｐｌａｎｅ０１ｐＩａｎｅ０２ｐＩａｎｅ０３
ｐＩａｎｅ０４ｐＩａｎｅ０５
ｐＩａｎｅ０６ｐｌａｎｅ０７
９
Ｘ：一６０ｍ
Ｑ
Ｘ＝一４０ｍ
９
Ｘ＝一２０ｍ
９
Ｘ＝０ｍ
图２水管监测位置示意图
９
Ｘ＝２０巾
９
Ｘ＝４０ｍ
９
Ｘ＝６０ｌＴＩ
・
．
立压力场，建立压力场与结构挠度变化的对应关系，即将结构挠度变化转变为压力场的压力变化，通过传感器反应压力变化，最后再进行Ａ／Ｄ转换得出结构的挠度变化。具体做法是利用水箱和水管建立全桥压力场（见图１系统示意图）。首先将一水箱固定在不变位的地方，以便提供一个相对恒定的压力源；通过钢管将水压设置到需要测量变形的部位并将钢管与测量体固定使其能够一起变形；选用高精度的压力变送器将压力变化转换成挠度的改变。当桥梁结构产生变形时，固定在主梁上的钢管将随着结构一起变形，沿着钢管长度方向的压力必然改变。如果沿着钢管长度方向布置了所需要的测点，就可以通过变送器将压力转换成模拟信号，再经采集系统转换为挠度的变化。２
忙的交通，还要承受风、温度变化、空气污染和地震等自然环境因素的影响。因此，桥梁结构健康监测系统必须具有精度高、稳定性好、耐久性长等特点；此外，对于挠度监测系统另一个要求是能否具有合适的采样频率以便监测到桥梁结构产生的最不利挠度值。本文用流体专业有限元软件ＦＬｕＥＮＴ对该挠度系统进行挠度与其相应位置压强值的变化之间的相关性理论分析，并讨论各种因素对相关性的影响。２．１物理模型
模型采用两端水箱间用水管连接的形式，两端水箱的水位为１．５ｍ，水管采用直径为ｏ．０５ｍ的镀锌钢管，长度为１５０ｍ，管内壁的粗糙高度采用精制商品镀锌钢管壁的粗糙高度△＝ｏ．１５唧。在水管上布置７个监测点详见图２。２．２计算模拟分析２．２．１方案设计
坐标原点在水管中点，监测点分别位于ｘ＝±２０ＩＩＩ、±４ｏＩｌＩ、士６０ｍ处。计算得到每一个时间
间的相关性。中间水管部分采用动网格技术使其下挠，挠度影响曲线用ｙ＝Ａｓｉｎ［（ｘ＋７５）丌／１５０］来模拟。挠度值在其产生时间内以抛物线的方式变化，变化方程为Ａ＝４ｈ（ｔ—Ｔ／２）２／Ｔ２，其中ｔ为时间、Ｔ为挠度从产生到消失的时间跨度’ｈ为监测点在荷载作用下挠度影响线最大值。
桥梁的挠度产生原因很复杂，其中桥梁在自重等永久荷载和车辆、日照温度等可变荷载作用下产生的挠度是主要原因，另外桥梁在自然环境中还处于振动状态，对于１５０ｍ跨径的斜拉桥第一阶自振周期一般为１ｓ左右。如果挠度产生时间较短，水管内的水可能流速较大，流动情况更复杂，因此本文拟取１ｓ为挠度产生时间，来验证系统的可靠性，在此时间内进行４０次数据采集，其产
．
生的挠度最大值对于１５０ｍ的桥梁
设定为ｏ．２ｍ。
２．２．２
系统的压强与挠度相关性
Ｔ＝１ｓ“＝ｏ．２ｍ、△＝ｏ．１５眦
分析
各种桥梁所处的实际环境都是非常复杂的，不但有桥面上繁
的工况计算结果
当Ｔ＝１ｓ，ｈ＝ｏ．２ｍ，△＝ｏ．１５彻时ＦＬｕＥＮＴ计算得到各个监测点的位移值和压强值，由此统计得到
步时的压强和竖向的坐标值（挠度），然后统计分析压强与挠度之
表１
ｐｌａｎｅ０１
Ｔ＝ｌｓ’ｈ：ｏ．２ｍ、△：０．１５咖时各点压挠相关系数
ｐｌａｎｅ０３＿０．９８８１４
ｐｌａｎｅ０４
ｐｌａｎｅ０５
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ｐｌａｎｅ０７
相关系数
—Ｏ．９９２２２－ｏ．９９０１９—Ｏ．９８４０６．ｏ．９９２４１
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、Ｌ
……●‘
１１０
，
广移城携圣谈
、
逍关系趴～—＼≥∑，
ｆ一１
表２不同Ｔ的四个工况的各个监测点的相关系数
ｐｌａｎｅ０１—０．９６７７４—Ｏ．９９２２２＿ｏ．９９６２９一ｏ．９９７７９
ｐｌａｎｅ０２－。．９５６３８＿ｏ．９９０１９－ｏ．９９６５８－ｏ．９９７７６
ｐｌａｎｅ０３Ｏ．８８２８ｌ
－ｏ．９８８１４
ｐｌａｎｅ０４—Ｏ．８６００４
ｐｌａｎｅ０５ｐｌａｎｅ０６
ｐｌａｎｅ０７
＿ｏ．９３１１５—Ｏ。９９２４ｌ－ｏ．９９８８１－ｏ．９９８１９
一ｏ．９６５７２—Ｏ．９９４＿ｏ．９９７１７－ｏ．９９８１９
∞．９５３１６∞．９９２４６咱．９９６８５∞．９９７５７
ｆ一２
ｆＬ３
∞．９８４０６
—０．９９５０６
一ｏ．９９４９５－ｏ．９９７６２
￡一４
啪。９９７６
・
麓送系趴——～．：∑
ｎｒｌ
嚣－２ｎ卜－３
表８不同材料四个工况的各个监测点的相关系数
ｐｌａｎｅｏｉ—Ｏ．９９２０５—Ｏ。９９２２２
ｐ王鑫ｎｅ０２
ｐ王ａｎｅ０３
ｐｌａｎｅ麓加．９８４５８
—Ｏ。９８４０８
ｐ王鑫ｎｅ０５
ｐ１８ｎｅ沩
－ｏ．９９２６３
ｐ王ａｎｅ０７
—Ｏ．９９０１９—Ｏ。９９０１９—Ｏ．９９１８４
∞．９８７２１
—０。９８８１４－ｏ．９８６１
ｑ．９９２３１＿ｏ。∞２４１
—旬．９９２８３—Ｏ。９９０８ｌ
－ｏ．９８６６７
固．９９４
—Ｏ．９９２１９－。．９黪３０５
书．９９２４８
—Ｏ．９８５８－ｏ。９８９１７
ｑ．９９２２２
—Ｏ。９９１９８
呻．９８４２６的。９８０７８
栩—４
固。∞１１３固。９７９８８
其各个监测点压强与挠度相关系数（见表１）都在ｏ。９８以上，相关性菲常好，证明由歪疆变化霹以准确地得到挠度的变化。
２。２。３挠度发生时闯对褶关系数的影响
在水管长度１５。ｌ珏、糙糙高度ｏ．１５唧和最大挠度值ｏ．２ｍ不变情况下，依照Ｔ大小的不同，设置了西个工况进行计算，来考察挠度发生时间对相关系数的影响。四
ｍ＿３、ｍ＿４，其巾ｍ＿１工况采用的是不锈钢管，其粗糙度为ｏ．０５棚；拄ｒ２王况采嗣的是精销镀锌钢管，其粗糙度为ｏ．１５咖；舻３工况采用的是酱通镀锌镪管，蒸粗糙度为ｏ．３ｍｍ；ｍ一４工况采用的是锈蚀严重钢管，其粗糙度为ｏ．９５ｍ瓣。翦三个工况的相关性没有变化，而第四个工况相关性减小明显（见表３），工程采用精制镀锌钢管，故能保证系统的精确性。
钢管管蹙粗糙度不会影响管内水的流动，可以满足实际使用的霈要。
参考文献
【１】张启伟．大型桥梁健康监测概念与监测系统设砖【Ｊ】。同漭大学学报，２００１，（０１）６７—６８．
【２】陈德俸，李欣然，杨文零。桥梁结构安全靛测中的挠度测试新方法【Ａ】．第十六届全图桥梁学拳会议论文集（下册）｛ｃ】，２００４。
【３】杨建春，陈伟氏．连通管式光电挠度测量系统茂英大捺篮测应用【Ｊ】．光电子・激光，２００６，《０３）。
《撵者簟位：中镶十八愚蠢瓣有限公訇。广西南宁５３００２２）
个工况分别是ｆ｜ｉ、ｆ一２、ｆ一３、“，
它们的Ｔ分别为ｏ．５ｓ、１ｓ、１．５ｓ、２ｓ。壶各个王况下各个监测位置的相关系数（见表２）可以肴出，Ｔ越大的工凝其相关性越好，因此该系统更适合应用于大跨径桥梁。
对主梁挠度的监测系统要求具有足够的灵敏度、稳定性，测点之间的同步性，采样频率能够符合结构的需要。本文通过对雁力场监测系统的理论分析可以说明该系统满足慕本要求，得到结论：该系统在监测１５０ｍ跨径斜控桥主梁挠度时，采样频率为１ｓ时，压强与挠度的攘关性均在ｏ。９８泼主，具有足够的精度；挠度发生时间越长，压挠相关性越好；一般镀锌
３结论
２．２．４水管壁面粗糙度对相关
系数的影响
不同材料的基管，管壁粗糙
度是不同的，在Ｔ＝１８、ｈ＝ｏ．２ｍ不变情况下，以戴设立曜令王况来考察管壁粗糙度对相关系数的影嚷。四个工况分别是旷ｌ，ｌｌ卜２、
、・・ｔ・・・－－／
新型桥梁挠度监测方法的性能分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
赵俊
中铁十八局集团有限公司,广西,南宁,530022广西城镇建设
CITIES AND TOWNS CONSTRUCTION IN GUANGXI2008(6)
参考文献(3条)
1. 张启伟 大型桥梁健康监测概念与监测系统设计[期刊论文]-同济大学学报 2001(01)2. 陈德伟. 李欣然. 杨文军 桥梁结构安全监测中的挠度测试新方法[会议论文] 2004
3. 杨建春. 陈伟民 连通管式光电挠度测量系统及其大桥监测应用[期刊论文]-光电子·激光 2006(03)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gxczjs200806063.aspx