无线数据采集在桥梁坍塌测试中的应用

    桥梁存在于自然界中，满足我们的使用要求。不管是在其建造阶段还是运营阶段，都不可避免的受到来自自然界的各种因素的影响，像洪水、地震、风沙、冰冻、泥石流等；同时，桥梁也会受到设计、施工失误、超载等人为因素的影响；此外，桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。

    使用NI软硬件开发无线测量系统

    无线数据采集既要在复杂，恶劣的现场环境下将物理量完整的进行采集，更要讲采集到的数据传给远端的主控室。DTD110系列无线数传模组广泛应用于无线数传领域，典型应用包括遥控、遥感、遥测系统中的数据采集、检测、报警、过程控制等环节。

    DTD110系列无线PLC有4路开关量的传输，4路模拟量的传输，距离100米~3000米均可。即可以实现点对点通信，也可以实现点对多点通信，不需要编写程序，不需要布线，一般电工就可以调试使用。对于工业现场的遥测遥控实施简单、方便、便宜。

    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。2009年实验室的研究人员成功对一座120英尺并带有人为裂面的桥梁进行了坍塌试验，以研究其作为美国国家公路与运输协会制定的临界断裂的分类。在进行了三轮测试后，大桥终于承因承载不了高于360,000磅的重量而坍塌。研究人员通过对其进行测试，以确定桥梁在产生裂面后的损伤特性其大梁断裂后的易损性，结果是该桥承受住了约4.5倍于理论负载的重量。

    我们又进行了动态测试以引发坍塌，桥梁被从原始位置顶起，断裂大梁的裂纹呈网状扩张，随后被顶起部迅速消除。桥梁又在测试后保持原状。

    在测试中，我们不断给桥梁增加载重，直到坍塌。初加载了1倍的理论载荷，随后通过起重机铲斗倾倒填料不断增加载荷，每次1,500到3,000磅（图1）。100多次以后，桥梁负载超过360,000磅，并终坍塌。

 

    由于桥梁坍塌的危险性，测试中需要关注的问题是安全性。因此，我们采用NIWLS-9237无线数据采集模块，采集荷重元传感器测量的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的测量的同时，消除了线缆可能导致的安全性问题。系统允许使用简单而安全的IEEE802.11g协议，以无线方式与传感器直接连接。

    我们使用LabVIEW软件来远程监控负载信号。内置的信号调理和别的商用网络安全性使我们能够将数据实时传输到约50英尺之外的远程监控地点（图2）。

    测试过程

    我们通过在桥面上放置箱式结构的混凝土梁来模拟车辆载重，并通过在桥上加载倾倒物来增加重量（图3）。路基因其易于获得、低成本及较高密度被选择作为填料。

    为了快速安全地进行测量，我们将荷重元传感器附在车载起重机悬挂铲斗的承重索上。我们还做了一个木盒收纳无线传输器及电源（图4），并将它悬挂在传感器的边上。我们采用简单的笔记本电池来给WLS-9237供电。，我们用钢索将荷重元传感器与铲斗连接，从而提供足够的空间，使填料倾倒时不会损坏荷重元传感器或相关的设备。WLS-9237Wi-FiDAQ设备与荷重元传感器连接，因此载重数据能够被轻松读取，并直接从现场记录，而不会受到起重机运行的影响。