為基于CompactRIO的大型橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)研究

　　應(yīng)用領(lǐng)域：遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)監(jiān)測、分布式數(shù)據(jù)采集、數(shù)字化橋梁

　　挑戰(zhàn)：大跨徑特大型橋梁是一個(gè)分布式、非線性、強(qiáng)耦合、多變量和時(shí)變性復(fù)雜的系統(tǒng)，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)的驗(yàn)證與分析是一項(xiàng)龐大的工程。國內(nèi)首次將CompactRIO分布式采集系統(tǒng)成功應(yīng)用到大跨徑特大型橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測中去，通過先進(jìn)的自動化測試技術(shù)，對大橋的靜/動態(tài)響應(yīng)、動態(tài)交通荷載、環(huán)境荷載等信號進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確同步的測量和分析，為實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷及內(nèi)力狀態(tài)，有效的掌控運(yùn)營期橋梁的結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)及其發(fā)展演化趨勢，并為制定相應(yīng)的大橋管理對策提供技術(shù)支持建立橋梁全壽命期的數(shù)字化、信息化“檔案”提供了科學(xué)依據(jù)。

　　應(yīng)用方案：基于CompactRIO的可重配置平臺和豐富的信號采集模塊，利用NI LabVIEW FPGA開發(fā)一套適用于整個(gè)大橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測的分布式信號采集系統(tǒng)。同時(shí)，結(jié)合NI LabVIEW提供的大量經(jīng)典的信號處理函數(shù)和現(xiàn)代的高級信號分析工具，迅速、準(zhǔn)確的完成結(jié)構(gòu)參數(shù)的在線分析和二次處理，為大跨徑特大型橋梁綜合監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)采集傳輸預(yù)處理與控制的建立提供了一套完備而系統(tǒng)的方案。

　　使用的產(chǎn)品：

　　LabVIEW 8.2 軟件開發(fā)平臺

　　LabVIEW RT 8.2實(shí)時(shí)模塊

　　LabVIEW FPGA 8.2工具包

　　LabVIEW Internet Toolkit 6.0工具包

　　LabVIEW.Database.Connectivity.Toolkit.v1.0.2 工具包

　　Measurement Studio 6.0類庫和控件庫

　　CompactRIO-9104可重新配置嵌入式機(jī)箱

　　CompactRIO-9014嵌入式控制器

　　CompactRIO-9401高速同步計(jì)時(shí)卡

　　CompactRIO-9215高速電壓信號采集模塊

　　CompactRIO-9871標(biāo)準(zhǔn)串口轉(zhuǎn)換模塊

　　CompactRIO-9203模擬電流采集模塊

　　正文：

　　一. 引言

　　隨著橋梁設(shè)計(jì)水平和施工技術(shù)的日見成熟，橋梁的建設(shè)取得了突破性的成就，一批大跨徑橋梁應(yīng)運(yùn)而生，橋梁建設(shè)正朝著規(guī)模的大型化、形式的輕柔化、功能的復(fù)雜化發(fā)展。同時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性越來越受到人們的高度重視，有關(guān)大型橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、安全評估以及壽命預(yù)測等問題已經(jīng)成為當(dāng)前橋梁工程界必須解決的問題。目前，隨著傳感測試技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)和橋梁工程技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，針對特大型橋梁結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測與安全預(yù)警研究和實(shí)踐成為可能。原本應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的先進(jìn)智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)，也在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域得到應(yīng)用，使得對大型橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測的技術(shù)總體上正朝著智能化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

　　二. 集美大橋的系統(tǒng)背景與設(shè)計(jì)原則

　　廈門集美大橋及接線工程是廈門市城市道路交通網(wǎng)絡(luò)布局中本島與大陸腹地跨海通道的重要組成部分，也是廈門市出島交通路網(wǎng)規(guī)劃中重要的跨海通道之一。大橋建成后將承擔(dān)巨大的出入島交通流，因此，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的重要性就顯得格外突出。

　　系統(tǒng)整體監(jiān)測項(xiàng)目如下：

　　1)荷載源監(jiān)測：主要為橋址區(qū)域環(huán)境荷載監(jiān)測：① 風(fēng)荷載監(jiān)測;② 溫度、濕度監(jiān)測;③ 控制截面溫度梯度監(jiān)測;④ 交通荷載(與計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)共用)

　　2)結(jié)構(gòu)動、靜態(tài)響應(yīng)監(jiān)測

　?、僦鳂虻目臻g位置變化監(jiān)測，主要為各跨跨中下?lián)媳O(jiān)測;②主、引橋控制截面靜應(yīng)力監(jiān)測;③主、引橋體外預(yù)應(yīng)力監(jiān)測;④主、引橋體內(nèi)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測;④主、引橋結(jié)構(gòu)動力及振動特性及其變化監(jiān)測

　　一. 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測安全預(yù)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)的功能要求本系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：

　　1) 自動化傳感測試子系統(tǒng)，其包括以下幾大模塊：

　        　① 傳感器子模塊

　　通過傳感器將各類監(jiān)測轉(zhuǎn)換為電(光)信號。

　        　② 數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊

　　將監(jiān)測信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并完成遠(yuǎn)程傳輸。

　         ?、?數(shù)據(jù)處理與控制模塊

　　將監(jiān)測信號進(jìn)行預(yù)處理以向其它子系統(tǒng)提供有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)需要控制監(jiān)測參數(shù)的采集。

　　以上3部分構(gòu)成自動化傳感測試子系統(tǒng)。

　　2) 電子化人工巡檢養(yǎng)護(hù)管理子系統(tǒng)

　　3) 綜合安全評估子系統(tǒng)

　　4) 中心數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

　　5) 用戶界面子系統(tǒng)

　　其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：