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    纤光栅位移计在桥梁建筑的应用
    时间:2025-04-23 涉川
    光纤光栅位移计在桥梁建筑结构中的应用,主要用于对关键结构部位进行位移、变形的长期在线监测。通过布设光纤光栅位移计,实现对桥梁主梁、桥墩、支座、伸缩缝、基础等关键构件在使用过程中的细微位移变化进行连续监控,以保障桥梁结构的安全稳定运行。本方案采用光纤光栅位移计对桥梁建筑结构实施全天候、全生命周期位移监测。通过布设多点位移传感器阵列,结合数据采集主机、光纤通道与远程传输模块,构建桥梁健康监测系统,形成数据采集—传输—分析—预警一体化闭环系统。

    监测目标:
    1. 实时监测桥梁结构关键部位的位移量和变形趋势;
    2. 提供桥梁安全预警和决策支持依据;
    3. 辅助桥梁结构病害诊断与维护评估;
    4. 实现桥梁在服役期间的长期健康管理。
    需求分析:
    桥梁结构在运营期间受交通荷载、温湿度变化、材料疲劳、地质沉降等因素影响,存在位移累积风险。传统的人工巡检难以实现连续、高精度、隐蔽部位的动态监测,迫切需要引入自动化、免维护、精度高的监测设备。
    监测方法:
    在桥梁伸缩缝、主梁跨中、支座处布设光纤光栅位移计,通过光纤连接至解调仪,实现多点同步采集。监测数据通过4G/有线网络传输至桥梁结构健康监测平台,系统自动分析并生成变化趋势图表和预警信息。
    应用原理:
    光纤光栅位移计利用光纤布拉格光栅的波长漂移特性,将位移引起的光栅应变变化转换为波长变化,通过解调设备读取变化值,实现高精度位移测量。由于采用光信号传输,不受电磁干扰、湿度、雷击等环境影响,适用于桥梁这种户外恶劣环境下的长期部署。

    功能特点:
    1. 高精度:位移分辨率可达0.01 mm,误差小于±1%;
    2. 高可靠性:光纤无源传感,抗干扰、抗腐蚀、防爆;
    3. 长寿命:设备免维护,寿命超过10年;
    4. 多点测量:可支持多个位移点级联监测,数据同步;
    5. 数据远传:支持4G/网口远程上传与查看;
    6. 模块化集成:可接入桥梁健康监测平台统一管理。
    硬件清单:
    1. 光纤光栅位移计若干(行程10~100mm,视应用需求而定);
    2. 光纤解调仪(支持多个通道并行);
    3. 数据采集主机+边缘计算模块;
    4. 通信模块(4G/网口);
    5. 电源模块(市电/太阳能供电可选);
    6. 辅助安装固定结构及光缆。
    硬件参数(以典型型号为例):
    • 量程:10 mm、20 mm、50 mm、100 mm可选;
    • 分辨率:≤0.01 mm;
    • 精度:±1%;
    • 工作温度:-40℃~+85℃;
    • 防护等级:IP65及以上;
    • 通讯接口:RS485、4G、RJ45等。
    方案实现:
    1. 前期勘查桥梁结构,制定布点方案;
    2. 在关键部位安装光纤位移计并连接至解调系统;
    3. 设定采集周期与报警阈值;
    4. 搭建云平台/本地服务器系统,实现远程可视化;
    5. 开展培训与定期巡检,保障系统持续运行。
    数据分析:
    平台自动生成位移时序曲线、变化速率图、峰值统计表等,支持导出报表和历史数据比对。结合气象、交通荷载等多源数据,分析桥梁结构行为变化规律,辅助管理决策。
    预警决策:
    系统支持多级阈值设定(预警、报警、紧急报警),当位移超过安全限值,系统通过短信、微信、平台推送等方式通知管理人员,及时处置。可结合AI模型分析趋势,实现风险预测。
    方案优点:
    1. 高稳定性与可靠性,适合桥梁复杂环境部署;
    2. 无需现场供电,布设灵活;
    3. 高精度监测满足桥梁安全评估需求;
    4. 可与其他光纤传感(应变、温度)联动;
    5. 与结构数字孪生平台兼容,助力桥梁智慧化运营。
    应用领域:
    1. 公路桥、铁路桥、城市高架桥梁结构位移监测;
    2. 斜拉桥、悬索桥等特殊结构健康管理;
    3. 隧道出口/沉降段位移监测;
    4. 桥墩基座与边坡沉降监测;
    5. 桥梁施工期/加固期/运营期全生命周期管理。
    效益分析:
    1. 提前识别结构变形趋势,降低运营风险;
    2. 辅助桥梁病害诊断和养护决策,延长使用寿命;
    3. 降低人工巡检频次,提升监管效率;
    4. 满足交通、住建等主管部门信息化监管要求;
    5. 提升桥梁智慧管理与安全运营水平。
    案例分享:
    在某省高速公路大桥上部署光纤光栅位移计,用于跨中挠度、支座沉降在线监测。系统成功捕捉到桥梁在极端天气和高峰载荷下的变形特征,为管理单位优化加固措施和限载方案提供了重要数据支持。
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