联邦大桥是世界上最长的连续预应力混凝土箱梁桥之一,建造于海水之上,是有史以来建造于冰面之上的最长跨度。它从加拿大爱德华王子岛上的波登到新不伦瑞克省的托曼坦角,全长13公里。联邦大桥的建造是一个令人敬畏的事件;正在进行的长期监测和研究项目增加了大桥作为工程奇迹的声誉。
为了抵御诺森伯兰海峡的恶劣环境,联邦大桥的设计使用寿命为100年。为了更好地了解桥梁的短期和长期性能,在施工期间建立了一个多年监测和研究项目。该研究将有助于未来大跨度桥梁荷载模型的发展。
仪器仪表
监测仪器包括500多个应变测量设备、450个热传感器、28个冰载面板、12个倾斜仪、76个振动传感器和水下声纳设备,有些是在桥梁建设过程中安装的。六个坎贝尔科学CR9000测量和控制系统在仪器的中心。这些高速数据采集系统通过光纤与计算机相连。cr9000自1998年以来一直在进行连续的高速测量。当检测到由冰撞击、地震活动、重型车辆交通或高风速引起的预定触发振幅时,所有记录器都会被触发,以存储触发前和触发后的数据。收集到的数据被传送给渥太华卡尔顿大学和卡尔加里大学的研究人员进行进一步分析。
特别令人感兴趣的是以下监测和研究领域,讨论如下。
冰流
使用安装在桥墩挡冰板上的28块冰荷载面板监测和分析冰与桥墩之间的相互作用。每个冰板分为八个撞击区,用作称重传感器。每个区域的应变计产生“惠斯通电桥”信号。
224个差分信号转换为单端信号,并在放大和滤波信号发送至两个CR9000之前限制在约5 Hz的频带内。
测量冰流和山脊冲击、这些冲击产生的力以及桥梁的响应。长期数据将用于更好地了解冰力。
短期和长期变形
随着时间的推移,桥梁混凝土的变化、基础的移动以及预应力钢筋的张力损失会导致桥梁结构变形。通过实验室和现场试验对这些变形进行监测,以确定20年内钢材的松弛和混凝土的徐变和收缩。
热应力
传感器记录桥梁对每日和季节温度变化(热应力)的响应。施工期间和之后进行的监测包括混凝土热性能的实验室测试和模拟以及计算机模型的校准。
交通荷载和荷载组合
传感器测量数据存储在数据库中。该数据库将用于确定未来趋势。将对荷载组合技术进行研究,以便对桥梁设计产生重大荷载影响。研究结果将有助于开发大跨度桥梁的荷载模型以及未来的运营策略。在联邦大桥开始监控之前,还不存在这样的模型。
振动
风、交通、冰冲击和地震都会引起桥梁振动。为了测量振动,75个加速计分布在桥梁的1 km路段。加速计信号经过过滤并发送至沿同一区段分布的数据记录器。监测振动有助于产生计算机建模和分析技术,以确定振动响应和地震地面运动的空间变化效应。这将提高结构动力学方面的知识,特别是大跨度结构的抗震和抗风设计工程。