為橋梁健康把脈

隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)與工程技術(shù)水平的發(fā)展，同時(shí)為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通需求，世界上越來(lái)越多的地區(qū)開(kāi)始興修大型橋梁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)，僅僅橫跨長(zhǎng)江兩岸的特大橋就有60 余座，并且出現(xiàn)了多座已建成、在建或處于立項(xiàng)階段的跨海大橋，如東海大橋、杭州灣大橋、虎門(mén)大橋等。這些橋梁設(shè)施不但要抵抗海水江水的沖擊和腐蝕、地震臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害，還要經(jīng)受各種交通工具對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的緩慢損害。

2007 年8 月到9 月的短短兩個(gè)月內(nèi)，就在中國(guó)、美國(guó)、越南等地發(fā)生了四起重大大橋坍塌事故，造成了無(wú)法彌補(bǔ)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，引發(fā)了各國(guó)政府和社會(huì)對(duì)橋梁安全的高度重視。那么，為了避免事故再次發(fā)生，可以做些什么呢？或許我們能從我國(guó)東海大橋和希臘Rion-Antirion大橋的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲得一些啟發(fā)。

為東海大橋量身定制“體檢方案”

建成于2005 年的東海大橋是我國(guó)第一座外?？绾４髽?，全長(zhǎng)32.5 公里，從上海南匯區(qū)蘆潮港跨越杭州灣北部海域到達(dá)浙江嵊泗群島的小洋山島。該橋擔(dān)負(fù)著連接上海市區(qū)與深水港樞紐的重任，因此需要對(duì)橋梁健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正確性對(duì)于橋梁的評(píng)估和研究尤為重要。然而，要全面監(jiān)測(cè)一座超過(guò)30 公里的特大橋梁，不僅需要在大橋上多個(gè)位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還需要在每個(gè)位置上采集不同的參數(shù)，如變形、應(yīng)力、溫度、沉降等，因此整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要成百上千個(gè)采集通道，這是傳統(tǒng)的測(cè)試儀器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而且由于橋梁結(jié)構(gòu)特殊，構(gòu)造范圍廣，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散在各處，很多監(jiān)測(cè)項(xiàng)目又具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，如地震、臺(tái)風(fēng)、交通事故等，因此各部位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要非常準(zhǔn)確的時(shí)間同步，一旦出現(xiàn)微小偏差，會(huì)嚴(yán)重影響橋梁健康的研究分析。

東海大橋應(yīng)用NI 的GPS 同步解決方案同步各個(gè)分布式機(jī)站

令人欣喜的是，NI PXI平臺(tái)和動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡的組合非常輕松地解決了通道數(shù)方面的難題，在一個(gè)PXI機(jī)箱中就可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)150個(gè)通道的采集，通過(guò)為每個(gè)工作站配備一個(gè)PXI 機(jī)箱，可以很好地滿(mǎn)足全橋14 個(gè)工作站的通道需求。為了實(shí)現(xiàn)同步，工程師們采用了NI 基于GPS 信號(hào)的同步解決方案。GPS除了可用于全球定位之外，還會(huì)不斷發(fā)出精確的時(shí)間信號(hào)。通過(guò)接收該信號(hào)，每個(gè)工作站的PXI 采集平臺(tái)就會(huì)將這個(gè)信號(hào)作為參考時(shí)鐘，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行就好像擁有了一個(gè)“心臟”一樣，達(dá)到多機(jī)站之間同步的要求。在此硬件基礎(chǔ)上，工程師運(yùn)用LabVIEW 及相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)包設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了整個(gè)同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為東海大橋量身定制了一套實(shí)時(shí)的“體檢方案”，可以及時(shí)獲知橋梁的健康狀況，對(duì)各種突發(fā)事件做出響應(yīng)，以便進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)工作，從而延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

該系統(tǒng)目前已經(jīng)全部開(kāi)發(fā)完成并正式開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)東海大橋的健康安全起著至關(guān)重要的作用，得到了業(yè)主及相關(guān)橋梁研究人員的肯定。