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随着夏季临近,越来越多的家庭踏上旅途,许多人会认为他们所经过的桥梁的稳定性是理所当然的。
保持美国60万座桥梁的安全绝非易事。这就是为什么工程师们开始在一些最繁忙的桥梁上安装传感器,这些传感器可以提醒他们注意潜在的问题。
2007年8月,明尼阿波利斯I-35号大桥跨越密西西比河的倒塌给许多人敲响了警钟。这座桥在晚高峰时段毫无预警地倒塌,造成13人死亡,145人受伤。它服务于一条繁忙的八车道高速公路,建于1967年,预计使用寿命为50年。调查人员将责任归咎于连接桥梁梁的劣质钢板。
传感器可能可以防止悲剧重演。美国国家标准与技术研究院(NIST)和密歇根州交通运输部正在资助一个耗资1900万美元的项目,为桥梁建造下一代监控系统。“有很多桥梁在维护和安全方面获得了D级评分”,NIST先进技术项目主任马克·斯坦利说,该项目正在推广配备传感器的“智能桥梁”。
查看世界各地智能桥梁的幻灯片。
首席研究员、密歇根大学安娜堡分校土木与环境工程助理教授杰罗姆·林奇表示,传感器技术可以通过给桥梁进行“体检”然后监控其健康状况来带来很大的安全差异。
林奇和他的同事正在探索如何制造一种水泥基传感皮肤——基本上是由钢、碳或聚合物纤维覆盖水泥的网状物——可以检测过度的应变。他说,单独的传感器在实用性方面有限,因为桥梁的初始裂缝可能不会出现在传感器放置的位置。另一方面,皮肤是理想的,因为无论变形发生在何处都可以检测到。
此外,林奇和他的同事正在试验一种由碳纳米管制成的类似油漆的物质,可以涂在桥梁表面,以检测腐蚀和裂缝。他说,由于碳纳米管通过在油漆中发送电流来导电,因此可以通过电气特性的变化来检测结构弱点。
同一合作项目还在开发一些传感器,用于测量重型车辆快速驶过时桥梁的摇摆或弹跳程度。目前尚无此类信息,因为桥梁工程师通常会进行近似计算,并假设卡车只是停在桥梁上(而不是移动)。(这简化了计算,但可能并不代表现实)。林奇说,新的传感器将安装在城市公交车或警车或其他定期在桥梁上行驶的车辆上。
下一代用于监控桥梁健康的传感器将是无线的,这将使安装成本大大降低(将传感器连接到中央计算机所需的数英里电线会大大增加成本)。林奇说,韩国、中国和台湾已经有一些桥梁测试了无线传感器,它们的表现非常好。
纽约市交通运输部使用传感器来确定建筑物对天气的反应,包括在结冰条件下使用哪种防冻剂。该部门的桥梁检查和桥梁管理执行主任博吉达尔·亚涅夫说,这项技术正在迅速发展。他补充说,今天可行的事情,“即使在五年前也是不可能的。”