挑战:通过起重机升降臂吊装道路填料会使到断裂临界点的桥梁坍塌,需要寻找一种快速安全测量此时填料重量的方法。
解决方案:将荷重元传感器附在车载起重机悬挂铲斗的承重索上,并与NI WLS-9237 Wi-Fi数据采集(DAQ)模块连接,轻松读取并记录现场的载重数据,从而测量桥梁路基的重量。"由于桥梁坍塌的危险性,测试中最需要关注的问题是安全性。因此,我们采用NI WLS-9237无线数据采集模块,采集荷重元传感器所测量施加到桥梁上路基的重量数据。无线系统在提供快速计算坍塌负载所需精度同时消除了线缆可能导致安全性的问题。”
使用NI软硬件开发无线测量系统 Ferguson结构工程实验室拥有一套结构测试工具和各类装载设备,在结构特性领域能够开展广泛研究。在2009年的一次试验中,对一座120英尺长、带有人为裂面的桥进行了三轮坍塉试验,以研究其作为美国国家公路与运输协会制定的临界断裂分类。在三轮测试后,大桥终于承受不了高于360,000磅以上的负荷而坍塉。研究人员通过对其进行测试,以确定在产生裂面后的损伤特性及其大梁断裂后的易损性,该桥承受住了约4.5倍于最大理论负载的大力。
该测试目的是观察失效机理顺序,以及确定整体橋梁初始坎 塌时所需最大负荷。在两次动态和一次静态测试中,如果此时橋梁处于临界断裂,则此斷裂将導致橋 梁 坎 塞;然而,在第一轮測試後沒有明顯損壞。此外,还进行了一次動態測試以引發坎 塞,然後通過增加負載直至最後結束點,最终負載超过 360,000 磅並且最终坎 塸。
由于橋 條 坎 塸 的 危險 性,測 試 中 最 需 要 关 注 的 問 題 是 安 全 性。 因 此,我們 采 用 N I W L S - 9 2 3 7 無 線 資 料 采 集 模 型,用 以 測 定 施 加 到 橋 梁 上 路 基 的 重 貼 數據。我們 还 使用 了 LabVIEW 软件来远程监控負載信號,並實時傳輸數據到約50 英尺之外的地方。
为了快速安全地進行測試,我們將荷重元傳感器附在車載起重機悬掛銲斗上的承重大索上,並與WLS-9237 Wi-Fi DAQ設備連接,因此載重大能被輕鬆讀取並直接從現場記錄,而不會受到起 重機運行影響。我們還設計了一種儀器使用方案來測定變形及材料應力。我們將應力計與橋樑構件直接連接,以測定材料變形。
所有硬件来自美國國家儀器公司(NI),包括244通道DAQ設備(圖5)。兩台SCXI-1001槽箱內安裝了24個SCXI-1520通用應力模組。我們還使用了兩台SCXI-1000槽箱,其中插入了五個SCXI-1520通用應力模組和三個SCXI-1121隔離放大器。此外,我們還有四個機箱通過PCI6250 DAQ板與PC連接,我們使用LabVIEW對其進行配置。
经过三个日夜,当总计加载达到近360,000磅时,一段混凝土开始碎裂。当大量物质滑落之前,又添加额外3铲斗填料(图6)。随着最后加载超过试验过程中的总计数值,一系列沉没发生。大部分混凝土床下方开始滑落,同时中央跨延伸段连接侧边栏杆处出现混凝土碎片。一旦中央跨完全崩溃,那么整个剩余结构开始重新分配压力。这表明,在损坏加剧期间冗余传递路径对于维持平衡状态做出了贡献。这些发现将用于开发强度模型来评估双层框架型钢筋混凝土建筑物类型。而这项技术革新,无疑为我们更好地理解这些关键基础设施提供了一种全新的视角,它们支撑着我们的城市、我们的交通网络以及我们的经济生活。