现代桥梁健康安全监测系统

1、桥梁健康安全桥梁健康安全监测系统监测系统1一、概述一、概述二、桥梁监测一般规定和流程二、桥梁监测一般规定和流程三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器 四、安全评估方法四、安全评估方法 2 桥梁健康安全监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改桥梁健康安全监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改进进, ,而是运用而是运用现代化传感设备现代化传感设备与与光电通信光电通信及及计算机技术计算机技术, ,实时实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应和行为结构响应和行为, ,获取获取反映反映结构状况和环境因素结构状况和环境因素的信息的信息, ,由此分析由此分析结构健康安全状

2、态结构健康安全状态, ,评估评估结构的可靠性结构的可靠性, ,为桥梁的为桥梁的管理与维护管理与维护提供科学依据。在偶提供科学依据。在偶发事件发事件( (如地震如地震) )发生后发生后, ,可通过监测数据识别结构的可通过监测数据识别结构的损伤和关损伤和关键部位键部位的变化的变化, ,对大桥结构的对大桥结构的承载能力和抗风、抗震承载能力和抗风、抗震等能力作等能力作出客观的出客观的定量评估定量评估。 一、概述一、概述3一、概述一、概述 桥梁健康安全监测系统一般由三部分组成：桥梁健康安全监测系统一般由三部分组成：1 1、现场监测现场监测信号信号；2 2、采集监测单元采集监测单元；3 3、控制中心。控制

3、中心。4一、概述一、概述 技术咨询包括：技术咨询包括：项目实施方案、安全评定项目实施方案、安全评定技术、工程总体造价。技术、工程总体造价。方案设计包括：方案设计包括：结构受力分析、易损性分结构受力分析、易损性分析、检测参数选取与测点析、检测参数选取与测点优化、传感器选型与网络优化、传感器选型与网络优化、数据采集与传输设优化、数据采集与传输设计、数据处理与安全评定计、数据处理与安全评定等。等。5二、二、桥梁监测一般规定和流程桥梁监测一般规定和流程 监测期间应进行巡视检查和系统维护，监测前应根据各方的监测要求与设计文件 明确监测目的，结合工程结构特点、现场及周边环境条件等因素，制定监测方案。桥梁结

4、构监测应设定监测预警值，监测预警值应满足工程设计及被监测对象的控制要求。监测期间，监测结果应与结构分析结果进行适时对比，当监测数据异常时，应及时对监测对象与监测系统进行核查，当监测值超过预警值时应立即报警。下列工程结构的监测方案应进行专门论证：甲类或复杂的乙类抗震设防类别的高层与高耸结构、大跨空间结构；特大及结构形式复杂的桥梁结构；发生严重事故，经检测、处理与评估后恢复施工或使用的工程结构；监测方案复杂或其他需要论证的工程结构。6三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器几何线型监测几何线型监测 传统手段是利用全站仪和水准仪对桥梁的几何线型进行监测，无法满足远程、快速、智能桥梁监测的要求。我们现

5、代的监测手段也是比较丰富的，如：静力水准仪，可实时精确的监测桥梁的竖向位移；倾角仪可对墩柱（索塔）、拱脚等的倾斜状况作出精确的测量；GPS（北斗）卫星定位系统，可对桥梁关键部位的位移情况实时监测；随着摄影测量技术的发展，也逐步被应用到工程监测方面，可对桥梁的整体变形情况作出准确量测，配合无人机的遥测技术，更扩大了摄影测量的适用范围。 静力水准仪沉降测量倾角仪倾斜测量7三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器几何线型监测几何线型监测 GNSS系统对桥梁位移监测摄影测量配合无人机对结构变形整体监测8三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器应变监测应变监测 桥梁应变监测是桥梁健康安全状况评价的一个重

6、要指标参数，现阶段应变传感器种类比较众多，除传统的电阻和电容式应变计外，新发展的还有振弦式和光纤光栅式应变计，都对传统应变传感器的精确性、稳定性、耐久性有了较大的提高，同时通过数据采集仪和无线发射装置，可实现对桥梁结构应变远程的智能监测。 振弦式应变计光纤光栅式应变计9三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器应变监测应变监测 而现代结构应变监测将向分布式光纤买进，分布式光纤感测技术是一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号（被测量）的新型传感技术,它应用光纤几何上的一维特性，把被测参量作为光纤位置长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，同时获取被

7、测物理参量的空间分布状态和随时间变化的信息，它是分布式监测的主要手段。分布式光纤应用桥梁监测示意图10三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器振动监测振动监测 振动监测应包括振动响应监测和振动激励监测，监测参数可为加速度、速度、位移及应变。桥梁动力特性参数的变化(频率、振型、模态阻尼系数)是桥梁构件性能改变的标志。桥梁的振动水平(振动幅值)反映桥梁的安全运营状态。桥梁自振频率的降低、桥梁局部振型的改变可能预示着结构的刚度降低和局部破坏，是进行结构损伤评估的重要依据。利用加速度计监测桥梁振动11三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器振动监测振动监测 也可利用孔径雷达频率高、范围广、精度高的特点

8、对桥梁振动状况实时监测，通过数据分析可得到梁体的频率、振幅和视距方向的位移。合成孔径雷达对桥梁振动的监测12三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器非结构部件及辅助设施监测非结构部件及辅助设施监测 除传统的对非结构部件及辅助设施进行人工检查外，可利用现代的传感器对非结构部件及辅助设施进行局部量测，当发现局部量测数据发生异常时，再明确的进行人工检查，可大大减少地毯式排查的工作量。如支座装置，可安装位移计，测量梁体于盖梁之间距离的变化，如发现距离变化过大可证明支座已破坏或老化。位移计测量桥体相对位移13三、监测手段及传感器三、监测手段及传感器环境及结构温度监测环境及结构温度监测 桥址处的环境及结构

9、温度监测，是对影响桥梁安全因素的监测，包括风、地震、温度和交通荷载等。使用的传感器有:风力仪记录风向、风速进程历史,连接数据处理系统后可得风功率谱；温度计记录温度、温度差时程历史；湿度计记录环境湿度变化；动态地秤记录交通荷载流时程历史,连接数据处理系统后可得交通荷载谱；强震仪-记录地震作用；摄像机记录车流情况和交通事故等。风力、温度、湿度和摄像监测站14 桥梁安全评估是利用特定信息分析既有桥梁的可靠性桥梁安全评估是利用特定信息分析既有桥梁的可靠性, ,并为使桥梁保并为使桥梁保持规定的安全性能而做出相应工程决策的过程。对于早先修建的中小桥持规定的安全性能而做出相应工程决策的过程。对于早先修建的中

10、小桥梁梁, ,一般以评估桥梁的一般以评估桥梁的承载能力承载能力为重点。而对于大型桥梁为重点。而对于大型桥梁, ,则将评估理论和则将评估理论和监测系统相结合监测系统相结合, ,充分利用监测系统长期积累的监测数据充分利用监测系统长期积累的监测数据, ,对桥梁进行对桥梁进行损伤损伤识别和状态评估识别和状态评估。 目前目前, ,桥梁安全性评估理论方法主要有桥梁安全性评估理论方法主要有层次分析法层次分析法、人工神经网络法人工神经网络法、可靠度理论可靠度理论、振动模态方法振动模态方法等。影响大型桥梁安全状态的因素众多等。影响大型桥梁安全状态的因素众多, ,各因各因素之间的相互作用关系复杂素之间的相互作用关