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:
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实时监测桥梁结构关键部位的位移量和变形趋势;
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提供桥梁安全预警和决策支持依据;
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辅助桥梁结构病害诊断与维护评估;
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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。
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。
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。
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:
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高精度:位移分辨率可达0.01 mm,误差小于±1%;
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高可靠性:光纤无源传感,抗干扰、抗腐蚀、防爆;
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长寿命:设备免维护,寿命超过10年;
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多点测量:可支持多个位移点级联监测,数据同步;
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数据远传:支持4G/网口远程上传与查看;
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模块化集成:可接入桥梁健康监测平台统一管理。
硬件清单:
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光纤光栅位移计若干(行程10~100mm,视应用需求而定);
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光纤解调仪(支持多个通道并行);
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数据采集主机+边缘计算模块;
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通信模块(4G/网口);
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电源模块(市电/太阳能供电可选);
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辅助安装固定结构及光缆。
硬件参数(以典型型号为例):
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量程:10 mm、20 mm、50 mm、100 mm可选;
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分辨率:≤0.01 mm;
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精度:±1%;
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工作温度:-40℃~+85℃;
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防护等级:IP65及以上;
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通讯接口:RS485、4G、RJ45等。
方案实现:
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前期勘查桥梁结构,制定布点方案;
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在关键部位安装光纤位移计并连接至解调系统;
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设定采集周期与报警阈值;
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搭建云平台/本地服务器系统,实现远程可视化;
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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。
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。
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:
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高稳定性与可靠性,适合桥梁复杂环境部署;
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无需现场供电,布设灵活;
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高精度监测满足桥梁安全评估需求;
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可与其他光纤传感(应变、温度)联动;
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与结构数字孪生平台兼容,助力桥梁智慧化运营。
应用领域:
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公路桥、铁路桥、城市高架桥梁结构位移监测;
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斜拉桥、悬索桥等特殊结构健康管理;
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隧道出口/沉降段位移监测;
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桥墩基座与边坡沉降监测;
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桥梁施工期/加固期/运营期全生命周期管理。
效益分析:
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提前识别结构变形趋势,降低运营风险;
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辅助桥梁病害诊断和养护决策,延长使用寿命;
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降低人工巡检频次,提升监管效率;
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满足交通、住建等主管部门信息化监管要求;
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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。
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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