50多年来,里海大学的研究人员一直在桥梁、建筑和其他结构的现场仪器仪表和测试的最前沿。他们在公路和铁路结构的现场测试和评价方面建立了庞大的数据库和丰富的经验。现场测试和评估是结构研究中一个特别具有挑战性的领域。它是在实际荷载作用下实时准确评估结构真实行为的唯一方法。现场测量是连接和验证实验室测试和计算机建模与真实结构行为的纽带。
众所周知,结构行为的精确解释需要精确的数据。然而,很明显,在风和寒冷的环境中,在河流上空几百英尺的高空收集数据要比在实验室中困难得多。除了环境障碍外,在对测量结果进行准确解释之前,还有许多变量必须加以处理。因此,彻底理解数据采集系统、传感器和结构行为是至关重要的。最重要的是数据采集系统能够在这些不利条件下持续运行。里海大学(Lehigh University)的研究人员发现,Campbell Scientific的CR9000测控系统具有极强的鲁棒性,能够承受最恶劣的野外环境。他们是我们基础设施监控项目的主力。
最近完成的一个现场测试项目的一个例子是对纽约市威廉斯堡大桥进行现场测量和长期远程监测,该大桥目前正在进行重大修复。该项目的一个重要部分是将南、北内外道路上现有的混凝土填充网格桥面替换为正交异性钢桥面。在实验室综合测试方案的同时,还对南外巷道进行了现场深度测量和测试方案。这项研究旨在研究原位应力范围,更好地表征这个复杂结构体系的行为及其与实验室响应的关系。使用CR9000收集数据。在受控负载测试期间,从82个应变计中收集数据,采样率高达200赫兹。所有数据暂时存储在安装在数据记录器中的PCMCIA卡上。这些数据随后会在每次测试结束时复制到笔记本电脑中进行处理和备份。紧凑和坚固的CR9000在整个测试程序中表现出色。在测试期间,实时观察和审查数据的能力是非常宝贵的。
该计划的第二部分包括近7个月的远程监测。使用上面描述的CR9000系统收集数据。程序上传和数据下载是通过两个调制解调器实现的,这两个调制解调器由里海大学的大型结构系统先进技术(ATLSS)研究人员专门配置。一个调制解调器放在现场,另一个放在ATLSS实验室的办公室里。这些数据每隔1到14天被下载到一台台式电脑上。整个数据采集系统存储在一个钢盒中,该钢盒被螺栓固定在64E落地梁的西立面上。
进入这座建筑物非常困难。持续的流量和日志记录器的远程位置对监控程序提出了一个特殊的问题。方便、定期的访问是根本不可能的。CR9000允许里海大学的研究人员远程收集大量数据,从而避免了多次往返于桥梁本身。
为了尽量减少收集到的数据量,时间记录不是连续的。相反,当活载荷引起的应力超过预定触发器时,CR9000就会开始记录。确定了触发的适当幅度先验的受控负载测试。
例如,假设在给定位置观察到重型卡车产生6.0 ksi的峰值应力。然后将这些测量仪的软件触发器设置为5.9 ksi。如果应力超过该值,则记录时间历史。在触发事件之前,数据也被记录了一段特定的时间,比如5秒(也就是说,要维护一个5秒的缓冲区)。CR9000继续记录一段额外的指定时间,同样,假设是5秒,然后停止记录。这些通道被监测作为触发的时间历史被自动重新归零在整个和半小时使用数字平衡算法。在现场确定缓冲液的适当长度和总记录时间。该技术提供了足够的时间依赖数据和验证高应力范围事件的方法,以确保杂散信号从应力范围直方图中被排除。
应力范围直方图是使用CR9000指令集中包含的雨流循环计数方法开发的。应力范围直方图是连续生成的,不依赖触发器,因此所有周期都被计算在内。此外,直方图每10分钟更新一次。因此,在电源故障的情况下,丢失的数据量最小。应力范围箱分为0.5 ksi间隔。研究结果将被纳入AASHTO LRFD桥梁设计规范。