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，同時為了滿足日益增長的交通需求，世界上越來越多的地區(qū)開始興修大型橋梁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國，僅僅橫跨長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、地震臺風(fēng)等自然災(zāi)害，還要經(jīng)受各種交通工具對橋梁結(jié)構(gòu)造成的緩慢損害。

2007 年8 月到9 月的短短兩個月內(nèi)，就在中國、美國、越南等地發(fā)生了四起重大大橋坍塌事故，造成了無法彌補(bǔ)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，引發(fā)了各國政府和社會對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？或許我們能從我國東海大橋和希臘Rion-Antirion大橋的結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(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第一座外?？绾４髽?，全長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，因此需要對橋梁健康狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性對于橋梁的評估和研究尤為重要。然而，要全面監(jiān)測一座超過30 公里的特大橋梁，不僅需要在大橋上多個位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還需要在每個位置上采集不同的參數(shù)，如變形、應(yīng)力、溫度、沉降等，因此整個監(jiān)測系統(tǒng)需要成百上千個采集通道，這是傳統(tǒng)的測試儀器無法實(shí)現(xiàn)的。而且由于橋梁結(jié)構(gòu)特殊，構(gòu)造范圍廣，監(jiān)測點(diǎn)分散在各處，很多監(jiān)測項(xiàng)目又具有實(shí)時性的特點(diǎn)，如地震、臺風(fēng)、交通事故等，因此各部位監(jiān)測數(shù)據(jù)需要非常準(zhǔn)確的時間同步，一旦出現(xiàn)微小偏差，會嚴(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分布式機(jī)站

令人欣喜的是，NI PXI平臺和動態(tài)信號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PXI機(jī)箱中就可以實(shí)現(xiàn)超過150個通道的采集，通過為每個工作站配備一個PXI 機(jī)箱，可以很好地滿足全橋14 個工作站的通道需求。為了實(shí)現(xiàn)同步，工程師們采用了NI 基于GPS 信號的同步解決方案。GPS除了可用于全球定位之外，還會不斷發(fā)出精確的時間信號。通過接收該信號，每個工作站的PXI 采集平臺就會將這個信號作為參考時鐘，整個系統(tǒng)的運(yùn)行就好像擁有了一個“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)軟件開發(fā)包設(shè)計(jì)開發(fā)了整個同步監(jiān)測系統(tǒng)，為東海大橋量身定制了一套實(shí)時的“體檢方案”，可以及時獲知橋梁的健康狀況，對各種突發(fā)事件做出響應(yīng)，以便進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)工作，從而延長橋梁的使用壽命。

該系統(tǒng)目前已經(jīng)全部開發(fā)完成并正式開始運(yùn)行，對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。