桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,承载着大量的交通流量,特别是在高速公路、铁路及城市交通网络中。随着桥梁使用年限的增加和负荷的加重,桥梁的结构健康和安全监测变得愈加重要。传统的桥梁监测方法多依赖于局部传感器和人工巡检,虽然可以提供一定的监测数据,但这些方法在精度、实时性和覆盖范围上存在一定的局限性。分布式光纤传感技术(DAS)通过沿桥梁全程布设光纤传感器,能够实现对桥梁的全方位、实时、连续监测,提供更高精度的监测结果,帮助及时发现潜在问题,从而保障桥梁的安全运行。
1. 桥梁振动监测
桥梁的振动是影响其安全性的重要因素。随着交通流量的增加,尤其是重型车辆的通行,桥梁会承受巨大的动载荷,这些振动会引起桥梁结构的疲劳和损伤。分布式光纤传感技术可以沿桥梁全程布设光纤传感器,实时监测振动状态。通过分析振动信号,DAS系统能够识别出异常的振动模式,帮助运维人员判断桥梁是否存在潜在的损伤或疲劳现象。
应用效果:
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实现对桥梁全程振动的实时监测,覆盖整个桥梁;
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提供高精度的振动数据,及时发现异常震动源;
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预测桥梁的疲劳寿命,提前进行维修和保养。
2. 桥梁应变监测
随着车辆通过桥梁时,桥梁的结构会发生微小的变形和应力变化。这些应变如果得不到及时的监测,可能会积累并引发更严重的结构问题,如裂缝、断裂等。通过分布式光纤应变传感技术(DAS),可以沿桥梁的关键位置布设光纤传感器,实时监测桥梁的应变变化。光纤传感器能够捕捉到微小的结构变化,一旦发生异常变形,系统可以立即发出预警,确保桥梁的结构安全。
应用效果:
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实现桥梁全程应变监测,全面了解桥梁受力状态;
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提供高精度的应变数据,发现桥梁结构的微小变形;
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精确定位潜在的结构弱点,提前进行修复和加固。
3. 桥梁裂缝监测
桥梁在长期使用过程中,因受环境变化、交通荷载等因素影响,可能会出现裂缝。裂缝的进一步扩展可能会对桥梁结构的安全性造成威胁。分布式光纤传感技术能够通过检测光纤传感器传输信号的变化,实时监测桥梁上的裂缝。DAS系统能够精确定位裂缝的位置和扩展趋势,帮助运维人员及时采取措施,避免裂缝继续扩展造成桥梁破损。
应用效果:
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通过沿桥梁布设光纤传感器,实时监测裂缝的产生和发展;
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提供裂缝发生的位置和大小信息,帮助决策人员精准定位问题区域;
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实现裂缝监测的长期数据积累,为桥梁健康管理提供支持。
4. 桥梁位移监测
桥梁的长期使用可能会导致位移、沉降等问题,这些变形可能对桥梁结构的稳定性造成影响。特别是在软土、地震活跃区域,桥梁位移和沉降是重要的监测指标。DAS技术能够提供连续的位移监测,通过光纤传感器沿桥梁布设,实时监测桥梁的位移变化。系统通过分析数据,能够实时检测桥梁的微小位移变化,并及时向运维人员发出警报。
应用效果:
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实现对桥梁沉降和位移的实时监测,确保桥梁的平衡性;
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提供位移变化趋势,提前发现结构不对称或不稳定问题;
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精准诊断桥梁位置变化,优化维修计划。
5. 桥梁结构健康监测(SHM)
结构健康监测(SHM)是一项对桥梁及其他基础设施进行长期监控的重要技术,旨在实时评估桥梁的健康状态。通过将分布式光纤传感技术与传统的监测系统相结合,DAS能够实现对桥梁的多参数监测,如应变、振动、位移、裂缝等多种物理量的实时监控。这些数据不仅可以帮助评估桥梁的当前健康状态,还可以为桥梁的生命周期管理提供数据支持。
应用效果:
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实现桥梁全方位、全时段的健康监测;
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综合分析多种数据源,评估桥梁的整体安全状况;
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提供数据支持,为桥梁生命周期的管理与维护提供决策依据。