Zezelj 大桥, 诺维萨德
诺维萨德新建的Zezelj大桥(正在建设中)。来源:Shutterstock.com

采用 HBM 测量技术进行桥梁监控

带有472个传感器的监控解决方案可以长时间监控桥梁性能

Žeželj 大桥是多瑙河上的拱桥,用于连接塞尔维亚诺维萨德的铁路和公路交通。建于1961年,由着名的土木工程师 BrankoŽeželj 设计,并采用独特的预应力混凝土施工,许多人对桥梁的耐久性有疑问。所以,为了让群众放心,布兰科在测试过程中在桥下划船。

不过在1999年北约爆炸事件中,这座桥遭到12次轰炸,最后在多次打击后,于1999年4月23日被摧毁。这是诺维萨德的最后一座桥梁,即“高贵的铁砧”。

连接人民,国家和经济的新桥梁

Žeželj 大桥正在重建,预计到2017年底将完成施工。其设计将与旧桥类似,但材料将由钢拱结构构成。长达474米,将承载两条铁轨,两条机动车车道,两条自行车和行人专用道。

欧盟正在参与该项目的资助,因为它是巴尔干各国和欧盟的重要运输线。


桥梁的机械结构
新桥机械结构(TRC图)

现代设计需要更高效的监控系统

铁路和交通桥梁的行为需要复杂的监控系统,由于负载的类型和强度不同,桥梁结构安全在日常生活中非常重要。

土木工程与大地测量部(FTN - 诺维萨德技术科学院)与TRC PRO(技术研究中心)长期合作,一直使用HBM 测量技术。

结构健康监测 包括观测,数据采集,传输和分析。目标是形成一个跟踪桥梁结构状态的数据库,以确定桥梁的安全和性能(承载能力,刚度,适用性和耐久性)的任何潜在恶化。


桥梁关键区域

该项目采用分布式多通道配置,对关键区域进行永久监控:

  • 实验应力分析(耐久性试验):4个中跨带,8个支撑区;
  • 吊架强力测量:12个吊架;
  • 垂直位移:12个中跨带和8个支撑区;
  • 纵向位移:4个支撑区;
  • 倾角:12个中跨带和9个支撑区;
  • 加速度,频率和阻尼参数:12个中跨带和9个支撑区
  • 桥梁结构中的温度测量:12个中跨带和9个支撑区。
在桥梁上安装的应变片
带有温度补偿的应变片直接黏贴在桥梁结构上 (TRC 图)
受保护的应变片
带有保护层的应变片 (TRC 图)
桥梁上的 PMX 数据采集系统
PMX 测量和控制系统安装在桥梁上
桥梁结构与 PMX
桥梁结构与 PMX(红色标记)
结构和监控细节
支撑区结构和监控细节

安装了 472 个传感器

总共安装了 472 个传感器:

  • 在桥梁的14个区域安装了 328个 HBM 应变片 应变片(LY41系列)(实验应力分析)
  • 80个力传感器(吊架力监测)
  • 4个可移动支撑部分中安装了12个位移传感器(用于水平位移)
  • 在20个结构和一个中心区安装32个双轴倾斜仪(用于双轴倾斜和加速度测量,垂直位移)与嵌入式三轴加速度计和温度传感器。
  • 在测量点直接进行调整
PMX 数据采集系统
PMX 数据采集系统

可靠的传感器技术

用于测量的基本设备是应变片,其直接黏贴到桥梁结构上或作为力传感器中的感测元件。基于应变的传感器具有长期稳定性高的优点。这在桥梁项目中很重要,因为在桥梁的整个生命周期中不可能停止运行,并重新校准。

除此之外,本应用中使用的 LY41 系列 应变片具有良好的温度补偿性能,这非常必要,因为桥梁结构面临着多种天气和温度条件。

对于数据采集,采用的是 HBM PMX 系统

安装后,测量点被覆盖以防止损坏和电磁干扰(EMI)。

调整可在测量点直接调整

测量和数据采集和控制系统必须完成以下几项任务:快速可靠的测量,易于设置,实时计算,诊断,无需额外的软件安装,所有这一切都可以通过PMX测量和控制系统实现。

作为对灰尘和EMI的额外保护,PMX数据采集单元包括电源安装在机柜中,这是一个经济高效的解决方案。

在第一步中,所有信号都以19.2 kHz进行采样,保证了测量信号的高测量带宽和评估。所有调整均通过通过标准以太网接口和内部PMX网络服务器进行处理。

该解决方案提供了极大的好处:可以在安装点或控制室的以太网网络直接进行调整,甚至可以远程完成额外的WiFi可用。所以每个工程师都能够实时了解应用程序和测试状态。内置操作控制防止不安全的操作。

PMX 安装在机柜中
PMX 安装在机柜中 (TRC 图)
PMX webserver 截屏
带有测量信号,计算和 I/O 信号的 PMX webserver 概览

数据存储概念

这些要求捕获了几个任务。对于长期监测,PMX系统的所有数据都将通过以太网传输到数据采集系统,并采用服务器进行评估和控制。作为备份,每个PMX都有一个内部数据记录器,并在其内部存储器中存储带有时间戳的数据。所以以太网网络故障时,测量数据不会丢失。重新建立网络后,可以从每个PMX传输数据站传输到数据服务器。

建立状态监测网络

PMX监控系统运行在长约 500 米的整个桥上。但要获得有价值的测量结果,每个PMX的采样率系统和每个测量通道必须同步。因此,每个PMX系统通过以太网和NTP协议进行同步。

另一方面,必须集成NTP服务器,将时间戳发送到网络中的每个PMX设备。

该项目中使用的是HBM catman 数据采集软件,它是可视化,存储和事件监控的强大软件。这个软件还包括一个NTP - 同步所有PMX系统的时间服务器。一旦系统设置并运行,同步处于几毫秒的范围内。

强大的实时计算与PMX Smart功能

在第二步中,所需和相关的信息必须实时计算。这可以通过PMX的智能功能完成。智能功能包括几个数学功能,如计算器,逻辑功能,过程评估以及 PID 控制器功能。

实时诊断与PMX监控系统

详细而深入的诊断存储在PMX日志文件中。该文件存储在 PMX 内部存储器中。其允许100%覆盖整个测试和测量过程。

数据采集和评估

可以设置不同的图形用户面板和数据记录器,以进行不同的监视任务。 事件监视系统可通过电子邮件发送或推送通知到移动电话。 可即时反馈桥梁状况,并设置正确的交通标志。

Data logging with PMX
Data logging with PMX

“可以设置不同的图形用户面板和数据记录器,以进行不同的监视任务。 事件监视系统可通过电子邮件发送或推送通知到移动电话。 可即时反馈桥梁状况,并设置正确的交通标志。”

Hotimir Licen from TRC PRO

优异结果,优异性价比

由于预算有限,PMX平台由于性价比优异而被选为解决方案。具有以下优势:

  • 精度高,分辨率高
  • 静态和动态测量
  • 传感器通用系统
  • 可进行温度补偿
  • 带有以太网接口的分布式系统
  • 通过 NTP 进行同步测量
  • 可进行数据存储的独立操作,并使用HBM catman软件进行远程访问。