桥梁监控解决方案带来安全

瑞士温特图尔，2019年2月 —— 基础设施在不断老化，同时，交通量也在不断飙升。这会造成一个危险局面，但是适当的技术至少可以降低风险。一方面，振动测量提供有关桥梁真实状态的有价值数据；另一方面，动态称重（WIM）系统可以收集全面的通行车辆载荷应力数据，并在适当的时候限制超载车通行。

2018年夏，意大利热那亚附近的莫兰迪桥坍塌。这座四车道的高架桥是一条交通繁忙的主干道A10高速公路的组成部分。这场事故发生在欧洲中心地带，造成43人死亡，甚至到今天，该事故的原因仍未准确查明。是归咎于设计差错？还是归咎于维护不够？最关键的是，是否原本可以预防该事故的发生？如果可以，如何预防？我们只有等意大利当局的官方调查报告出来之后，方可对这些问题作出可靠的回答。

事实上，公路桥梁涉及的基础设施问题不仅极其复杂，而且又相互关联。热那亚事故仅仅是冰山一角，许多其他桥梁也发生了坍塌，但并没有造成人员伤亡或引起公众关注。例如，仅在美国，就有578,000 座公路桥梁，其中大多数是在二战后不久修建的，平均使用寿命约为70年。德国也存在类似情况，几十年来，专家们一直在不断地提出警告，越来越多的桥梁正在达到其临界年限或者需要修复。如何对这些桥梁结构实施高效监控？如何适当确定维护目标？如何确保使用者的安全获得最大保障？

桥梁的实际状况如何?

这些问题有三种不同的解决方法：第一种方法是通过阻止重型车辆过往来保护桥梁。车辆对公路基础设施造成的影响相当于车辆重量的四次方，所以这一因素对桥梁的预期寿命具有巨大影响。第二种方法是在单位时间内测量车辆的轴重。这种方法提供路面铺装和桥梁结构整体受力情况的相关信息。

第三种方法是，考虑到桥梁本身的变化可以监控，使用基于加速计的测量系统收集桥梁结构和“健康”之关键性变化的相关数据，这种方法被称为结构健康监控法（SHM）或桥梁健康监控法。通过记录位移和振动，这些测量系统可以得出关于桥梁结构应力和是否可能腐蚀的结论。奇石乐集团提供的产品经过实践检验，适用于所有桥梁监控方法，而且有助于保护重要基础设施并确保其安全性。下文简要地说明了其技术基础，并介绍了一些应用实例。

世界各地的诸多桥梁均已部署专门为桥梁健康监控而设计的奇石乐加速计，用于测量交通、风和温度波动造成的影响。丹麦横跨波罗的海的大贝尔特桥，中国长江和美国密西西比河上的桥梁均安装有此类测量系统。例如，（明尼苏达州）明尼阿波利斯市35W号州际公路大桥建成于2009年，用于替代已坍塌的密西西比河大桥，该大桥使用了26个奇石乐加速计，其中12个测量混凝土桥墩中心的振动，另外14个分布在大桥结构的各处，开展长期模态分析，尤其是监控大桥结构的固有频率。当固有频率出现任何重大变化时，表明该大桥可能受到损坏。

这些测量的成功与否关键取决于测量灵敏度、频率范围、温度稳定性和线性度等因素。奇石乐的电容式MEMS传感器和压电式IEPE传感器提供适用于不同应用条件的成熟技术：IEPE最适合用于较小型的桥梁结构和较高频率，而MEMS适用于较大型的桥梁结构和直流或低频信号。需要规范的其他参数包括电缆长度、电磁兼容保护和温度范围/稳定性。例如，奇石乐8316型MEMS加速计的频率范围为0~1,500 Hz，工作温度范围为-55~+125℃，电缆长度最长可能达到400米，附加效益是噪音值非常低。

有效防止超载造成的损害

在集成化测量系统中作为组件部署适当的加速计，有可能可以防止未来再发生诸如热那亚和明尼阿波利斯事故之类的事故。该测量系统的其他组件还包括风力计（风力表）、应变传感器、线性电位计、GPS等装置。桥梁测量系统的另一个关键组件是动态称重系统，其提供商用车辆及其负载所施加的应力的详细信息。

奇石乐动态称重系统测量车辆在公路上行驶时的重量，该系统采用的石英传感器可以直接安装在各个行驶方向上多条车道的路面铺装之中，而且可以对采集到的数据立即进行评估。我们经过实践检验的Lineas石英传感器在全球已有5万多根投入使用：由于其基于压电原理，所以其动态测量精度极高，无需维护，且具有长期稳定性。Lineas传感器具有不同长度（1.5米、1.75米和2.00米），可集成到各种路面铺装之中。传感器安装完毕后，即能可靠地测量高速和低速行驶车辆的轴重和总重量。由于测量不受温度影响且精确度高（精确度高达＜±2.5%），所以用户可以收集公路使用情况和负载的全面数据，同时还可以直接防止超载车辆驶入大桥。另一项益处是，桥梁重建前，使用动态称重系统还可以通过自动筛选将卡车引导到另半幅公路以保证施工安全。

除动态称重传感器和相关的评估&分析系统外，奇石乐还提供定制化服务，以优化设备的功能和寿命。除远程和现场标定支持外，服务组合还包括确定传感器安装的最佳位置。这是一个关键因素，因为该因素与公路的实际状况共同决定系统的后期性能测量数据。