中小跨径桥梁结构健康监测技术讲稿PPT(107页)

1、中小跨径桥梁结构健康监测技术主讲人：王润建单 位：交通运输部公路科学研究院 北京公科固桥技术有限公司目录Contents01中小跨径桥梁健康监测的必要性02中小跨径桥梁健康监测的现状及存在问题03中小跨径桥梁健康监测从方案设计到数据分析的过程与实例展示04桥梁结构健康监测未来展望我国公路桥梁的现状分析一二三健康监测的必要性桥梁事故统计分析大跨度桥梁和中小跨径桥梁在养护管理方面的区别01中小跨径桥梁健康监测的必要性我国公路桥梁的现状分析总体规模2.7万座/年2015年各类数量占比中小桥大桥特大桥89.3%10.2%0.5%2015年各类桥梁长度占比中小桥大桥特大桥1841.5万米，40.10%2

2、060.85万米，44.87%690.42万米，15.03%2015年交通运输行业发展统计公报，全国公路桥梁77.92万座、4592.77万米，比上年末增加2.20万座、334.88万米。其中，特大桥梁3894座、690.42万米，大桥79512座、2060.85万米，中桥17.5万座、952.4万米，小桥52.033万座，889.09万米。我国公路桥梁的现状分析总体规模从我国公路桥梁的数量统计比例分析表明：中小跨径桥梁占主导地位。我国公路桥梁的现状分析桥梁老龄化加速到来我国公路桥梁的现状分析桥梁老龄化加速到来大规模建设时期90%投资用于旧桥维护改造我国公路桥梁的现状分析桥梁老龄化加速到来对比

3、中美30年桥龄的桥梁占比发现，美国从18%到60%，用了60年时间，而中国只用了30年，中国桥梁老龄化将加速到来。我国公路桥梁的现状分析技术状况我国公路桥梁的现状分析技术状况上世纪八十年代以前修建的桥梁，设计荷载等级偏低公路桥梁设计荷载标准进行5次修订，设计规范修订3次不同时期修建的桥梁，设计荷载标准存在较大的差异急剧增长的交通量和运输车辆的大型化，对桥梁设计荷载标准提出了挑战80年代以前修建的桥梁，技术状况总体偏差早期修建的低配筋率桥梁，对现行交通荷载的适应性差部分桥梁结构存在先天不足，造成突发安全事故桥梁疲劳损伤日益显现，耐久性问题突出。我国公路桥梁的现状分析中小跨径桥梁现状技术状况设计荷

4、载本节引用了西南交通大学l李亚东教授的桥梁事故-分析与思考相关数据。通过书籍、文献、网络等渠道收集到国内外一部分桥梁事故700 例（国内138起，国外562起）。对事故的具体原因大致进行了分类（14大类），对事故进行统计分析的目的，在于了解总体情况，不具有统计学意义分析要素发生时间 事故类型区域分布结构类型使用时长桥梁事故统计分析桥梁事故统计分析-全寿命期间潜在的分析指正常设计、施工、养护条件下、采用悬臂施工的单座桥梁的 潜在风险分析倾斜的澡盆曲线？以指一个国家、地区桥梁总体的发展变化情况，中国目前的情况，大体在新建与管养并重阶段。各类桥梁事故，通常在“新建与管养并重阶段出现，在”以管养为主的

5、阶段“表现更为突出；若多发生在新建为主的阶段，则不正常。桥梁事故统计分析-桥梁建设的三阶段经济发达和经济高速发展的区域和国家，桥梁基数大，桥梁事故的次数相对也较 多 桥梁事故统计分析-事故发生的区域桥梁事故统计分析-事故发生的阶段桥梁事故统计分析-事故发生的具体原因桥梁事故统计分析-事故发生的具体原因（中国138座）桥梁事故统计分析-事故分类中小跨度的常规桥梁，形成了事故的主体大跨度桥梁出现整体垮塌的个案相对较少桥梁事故统计分析-事故发生的桥梁结构类型美、欧桥梁事故从20世纪60年代起开始增多20世纪80年代以前，中国桥梁事故的信息相对欠缺中国桥梁事故从20世纪90年代起开始猛增，尤其是在最

6、近10多年内 桥梁事故统计分析-同时考察事故发生的时段和区段较为完备的技术法规体系专门配备了养护设备及技术力量。案例：大约260座，安装了桥梁健康监测系统，占中小桥数量的0.004%。主管部门重视程度不够，技术力量和资金投入严重不足。健康监测系统大跨度桥梁中小跨径桥梁基层管养单位力量薄弱。巡查、养护手段落后。信息传递不畅。.监管特点普遍应用：2015年，统计结果300m以上跨径的斜拉桥、悬索桥有208座，大约140座大跨度桥梁安装了健康监测系统，占斜拉桥、悬索桥总数的67%，费用占到桥梁造价的2%左右。桥梁养护组织保障体系大跨度桥梁和中小跨径桥梁在养护管理方面的区别专门的养护管理中心。日常巡查

7、、养护维修及时、到位。突发事故应急抢险和处理机制完善。桥梁养护管理人员专业素质较高。02中小跨径桥梁健康监测系统现状及存在的问题12制约中小跨径桥梁结构健康监测系统发展的因素大桥、中小跨径桥梁结构健康监测系统的区别制约中小跨径桥梁健康监测系统发展的因素1健康监测系统造价国内健康监测系统通常大而全，且由于由此带来的高额费用而只能在特大跨径的桥梁工程中应用，而未能重视针对单一问题建立简单监测系统并在中小跨径桥梁中予以应用拓展。2标准体系公路桥梁结构安全监测系统技术规程( JT/T 1037-2016) ，结构健康监测系统设计标准（CECS 333:2012）标志着大跨径桥梁监测系统设计技术从总体上

8、而言已经趋于成熟和规范。而对于中小型桥梁健康监测与预警系统的设计缺乏整体性，规范性的指导原则，还没有建立科学、统一的设计标准。3传感器的优化布置算法还有待于进一步研发。中小型桥梁健康监测与预警系统的传感器先行分布设计仍然处于探索阶段，对已经出现破损情况的桥梁如何加配传感器还不明确等。4新技术的及时应用和更新还处于滞后阶段。采样频率fs:表示每秒钟采集的数据点数。时间分辨率：两个数据点之间的时间间隔，为采样频率的倒数。例子：单频信号：频率10Hz，幅值1V。大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率采样频率荷载响应大桥对采样频率的要求较低，小桥要求较高。频域采样定理：Fs=2.56Fm，时域至

9、少10倍以上桥梁健康监测（赫尔穆特.文策尔著）书中，对采样频率的最低要求100Hz，国外的研究成果表明，较高的采样率，会提高数据的准确性。如果数据的存储和传输不是问题，建议使用200Hz或者500Hz的采样率，低采样率下得到的记录长度会对结构评级造成负面影响。大桥健康监测系统不适用于中小跨径桥梁，中小跨径桥梁对传感器的采样频率要求更高。结论大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率桥梁照片桥梁横断面桥梁信息为分析中小跨径挠度感知特点，选择桥梁结构为一跨径12m的钢筋混凝土简支T梁桥，桥面纵向为平坡，横向为1.5%双向横坡；桥面宽度为：行车道9m、两侧各设人行道0.85m。大桥、中小跨径桥梁健

10、康监测系统的区别采样频率位移传感器布置图设备类型采样频率LVDT-1以支架为基准100HZLVDT-2以张力线为基准挠度沉降仪10HZ电子百分表1HZ大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率电子百分表挠度沉降测试仪测试结果LVDT-1LVDT-2大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率用固定支架的LVTD传感器测试结果和以张力线为基准结果基本一致，其中最大值和最小值的相对偏差分别为2.11%和4.04%，均在5%之内。挠度沉降仪和机电百分表相对于以固定支架为支点的LVDT测试结果偏差均非常大，主要原因在于，二者的响应频率较低，测试结果不能反映正常运营下桥梁结构的动态挠度变化。其中机电百

11、分表测试的最大值和最小值的相对LVTD-1测试结果偏差分别为83.7%和38.6%。序号仪器设备挠度最大值(mm)挠度最小值(mm)备注1LVDT-11.944-2.896以支架为基准2LVDT-21.985-3.013以张力线为基准3挠度沉降仪0.440-1.982以张力线为基准4电子百分表0.316-1.779以支架为基准 四个传感设备测试的挠度幅值 大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率LVDT传感器的响应频带较宽，且其峰值频率对应的响应频率分别均处于桥梁一阶竖向自振频率(9.29Hz)附近以及一阶自振频率的倍频范围内。由此可知LVDT传感器可测定正常运营下桥梁结构的静动态挠度响应

12、。LVDT-1测试数据幅值谱 LVDT-1测试数据功率谱 测试数据分析大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率对比LVDT1测定的梁体的挠度信号幅值谱和功率谱，可以看出试验采用的挠度沉降仪由于其响应频率较低，只能测定9.6Hz以下的梁体结构挠度变形 。挠度沉降仪测试数据功率谱 挠度沉降仪测试数据功率谱 测试数据分析大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率中小跨径大桥大桥结构变形监测对仪器精度要求较低，中小跨径要求较高。结论大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别仪器精度03中小跨径桥梁健康监测从设计到数据分析的过程与实例展示132结构健康监测概念健康监测系统各子系统介绍结构健康监测的应用举

13、例跨学科综合性技术+荷载响应+损伤识别+结构的长期退化系统结构图专业解释：结构健康监测(Structure Health Monitoring，简称SHM)，通过分析定期采集的结构布置的传感器阵列的动力响应数据来观察体系随时间推移产生的变化，损伤敏感特征值的提取并通过数据分析来确定结构的健康状态。通俗解释：结构健康监测是通过对结构的物理力学性能进行无损监测，实时监控结构的整体行为，对结构的损伤位置和程度进行诊断，对结构的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，为结构在突发事件下或结构使用状况严重异常时触发预警信号，为结构的维修、养护与管理决策提供依据和指导。结构健康监测系统的概念 监测

14、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：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。桥梁结构健康监测系统 一般规定及流程桥梁结构健康监测系统 方案设计原则经济实用在确

15、定监测方法时,要根据结构的特点,选择适当的监测方法,尽量经济实用。统筹规划测点选择多方案比选在选择监测仪器时,不能片面追求精、高、多、大、全。应根据监测内容所需要的精度、可靠度等要求统筹考虑,既要能满足监测要求,又要满足经济性原则。测点要选择结构的关键部位布置。a、应力依据内力最大、应力最大原则,综合考虑结构受力分析结果进行选择。b、变形测点选择原则:根据构件烧度最大原则选则。c、动力(加速度)测点选取原则:根据理论振型选择测点。根据实际情况,定制几套不同的监测方案,有条件的话同一测点可用不同的监测方法进行校对。针对不同的监测方案,要进行方案的比较和验证工作,特别要避免单方面追求高精度、多参数

16、,脱离实际需要的监测方案。方案设计原则架构传感器子系统数据采集与处理子系统数据传输子系统数据存储子系统结构损伤识别与安全评估子系统用户界面子系统存在的问题成本高后期维护使用复杂建设周期长桥梁结构健康监测系统 系统组成桥梁结构健康监测系统 系统总体框架传感器子系统由用于结构长期监测的各类传感器组成,主要包括各种智能传感元件,通过各智能传感元件感知和采集各种环境或监测对象的信息,主要完成各种监测信号的拾取和转换。传感器作为监测系统的基本组成部分,在整个系统中起着举足轻重的作用。根据不同的监测需要,主要有应变传感器、位移传感器、加速度传感器、速度传感器、温度传感器、摄像机等。传感器主要是将待测的物理

17、量转变为电信号或光信号。传感器子系统桥梁结构健康监测系统 传感器子系统主梁挠度监测支座变形监测墩台沉降监测主梁应力监测裂缝监测体外预应力监测主梁温度监测环境温度监测车辆荷载监测现场监测主梁振型监测频率、阻尼比监测传感器子系统 监测参数频响特性精度稳定性测量对象及环境灵敏度线性范围613254传感器选型原则传感器子系统 传感器选型原则人工监测利用简单的仪器,定期用人工监测。这种方法简单,成本低。但费时,费力,监测的误差比较大自动化监测采用各类传感器及数据采集系统对结构进行在线实时监测,这种方法自动化程度高,准确性高,但成本较大。联合监测将人工监测和自动监测结合起来,利用一些小型的自动化程度较高的

18、监测设备,配合人工监测。这种方法适用于一般常规的结构,是目前比较常用的一种监测方法。监测方式分类桥梁变形的分类静态变形：通常指变形观测的结果只表示某一期间内的变形值，例如：墩台变形。动态变形：指在外力影响下而产生的变形，它是以外力为函数表示的对于时间的变化，其观测结果是表示桥梁某个时刻的瞬时变形，例如：桥梁结构的挠度变形。传感器子系统 桥梁变形的分类及监测方式自动化监测人工监测人工监测精密水准测量全站仪坐标法酌情选取自动化监测北斗/GPS监测测量机器人监测静力水准仪监测LVDT位移传感器监测桥梁挠度沉降仪监测变形监测手段随着科技的发展和现场的需要不断地向前发展和革新。每一种手段技术都有它的优势

19、和不足，监测范围和精度有差异，适用性也不同。在不同的监测目标下，综合考虑监测成本和监测精度，采用不同的技术手段，监测效果和效率会有所不同。将两种甚至更多技术融合起来，功能可以互补起来，将会起到更好的效果，这也将是以后发展的趋势。总结中小跨径传感器子系统 桥梁变形的分类及监测方式测试原理：根据安装在桥梁各处连通管内液面高度的变化获得桥梁挠度的变化。当桥梁梁体发生变形时，固定在梁体上的水管也将随之移动，此时，各竖直水管内的液面将与基准点处的液面保持在同一水平面，但各测点处的竖直水管液面却发生了大小不等的相对移动，测得的相对位移量即是该被测点的挠度值。结构变形监测方法 静力水准仪工作原理：在使用中，

20、多个静力水准仪的容器用通液管联接，每一容器的液位由传感器测出，传感器的浮子位置随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。静力水准仪传感器类型磁致伸缩式静力水准仪光栅光纤式静力水准仪电容式静力水准仪振弦式静力水准仪CCD式静力水准仪电感式静力水准仪结构变形监测方法 静力水准仪测量方法液体材料的影响静力水准仪主要是通过对容器中的液体液面高度进行观测，从而达到测量高差的目的，因此液体的选择是一个关键。通常的液体有水，玻璃水等。延迟效应的影响 温度的影响静力水准系统中的连通介质是液体，而液体极易受到外界温度的影响从而改变它的物理形态，即热胀冷缩特性，甚至气化或凝结，导致容器的液面高度产生不

21、同程度的升高或者降低，严重影响了测量的精度。以水为例，20时相对于4 的线膨胀系数时，温度在20附近每变化1 ，液面高度变化在0.04mm。容器中液体变化趋势相对于温度变化趋势有一定的滞后性。这是由于容器中盛纳的液体较多，当外界温度发生变化时，液体吸热或者放热需要花费一定时间，导致液体温度与外界温度不同步。影响因素分析结构变形监测方法 静力水准仪测量方法静力水准仪的优点比较多，比如：测量精度高、稳定性强、不受低温影响等。主要是通过液位高低的测量来确定被测体的垂直沉降。主要使用在地铁、隧道、桥梁、建筑物基础等的沉降观测。缺点呢，主要是由于液体的粘滞作用，静力水准仪管路内部的液体需要时间才能流动并

22、且平衡，那么，在这段时间内，就无法实现高速测量沉降变化量。 结构变形监测方法 静力水准仪测量方法测试原理：用两端以恒力牵引并固定于被测体外不变位的静止物上的0.30.6细钢丝作为静止参考基准，沉降仪固定于被测结构体上，用沉降仪与静止参考基准之间的相对位移变化来测得被测结构体的沉降、挠度值。安装方式箱外安装箱内安装无线挠度沉降仪结构变形监测方法 桥梁挠度沉降仪工作原理：LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是线性可变差动变压器缩写。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。当铁芯由中间向

23、两边移动时，次级两个线圈输出电压之差与铁芯移动成线性关系。结构变形监测方法 LVDT位移传感器LVDT的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触，也就是说 LVDT是没有摩擦的部件，其机械寿命，理论上是无限长的。无摩擦测量，无限的机械寿命无限的分辨率输入/输出隔离坚固耐用、环境适应性强零位可重复性径向不敏感LVDT构造对称，零位可回复。可用于高速在线检测，进行自动测量，自动控制。LVDT 对于铁芯的轴向运动非常敏感，径向运动相对迟钝。线圈气密封，不再需要对运动构件进行动态密封，采用不锈钢外壳，可以置于腐蚀性液体或气体中。1234567LVDT 被认为是变压器的一种，因为它的励磁输入（初级）和输出（次

24、级）是完全隔离的。LVDT 无需缓冲放大器，可以认为它是一种有效的模拟信号元件。动态特性好LVDT 的无摩擦运作及其感应原理使它具有真正的无限分辨率, 可以对铁芯最微小的运动作出响应。结构变形监测方法 LVDT位移传感器安装示意图结构变形监测方法 LVDT位移传感器钢丝自由端固定方式传感器现场安装方式结构变形监测方法 LVDT位移传感器HY-65DJB3000B应变传感器振弦式传感器，使用一年左右数据精准程度较高，价格低廉，监测中应变测试使用较为广泛光纤光栅传感器，寿命多达数年，数据采集频率高，准确度高，还具有较多的技术优势，应用于监测要求高的桥梁HY-65DJB3000B应变传感器，便于安装

25、携带，数据采集简洁准确，使用周期较短，广泛应用于桥梁荷载试验特点分辨度：0.1精度：2.00%稳定性：一般需2次仪表支持：需要连线方式：每个传感器都需要单独的线和2次仪表连接环境适应性：好光纤光栅式应变传感器分辨度：0.1精度：0.2%1.0%稳定性：好需2次仪表支持：需要连线方式：所有传感器可以串接到一根线上环境适应性：较好分辨度：0.1精度：1.0%稳定性：好需2次仪表支持：不需要连线方式：所有传感器可以串接到一根线上或采用无线接收环境适应性：好振弦式应变传感器结构应力监测 应变测量方法工作原理：当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应

26、力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量。同时可同步测出埋设点的温度值。结构应力监测方法 振弦传感器优点缺点 反应速度慢，不适宜动态监测 钢弦在长期荷载作用下易产生松弛，不适宜长期监测钢弦应变计内部的钢弦一般是通过螺钉紧固在传感器基座上，长期使用中会逐渐松弛而导致失效 稳定性好，零漂小、能同时测量温度；抗干扰能力强、测值可靠 精度高Description of the contents 振弦传感器是机械结构式的，钢弦为转换元件，存在滞后性，只适用于静态和不大于10Hz的动态测试。结构应力监测方法 振弦传感器

27、工作原理：当光栅光纤所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。结构应力监测方法光珊光纤应变传感器精度高大量程高分辨率实时动态抗干扰能力强寿命长易于实现测量及数据的自动化处理优点电绝缘且抗电磁干扰能力强;经初步加速老化试验证明,暴露环境和退火条件下的光纤光栅,工作周期大于25年也没有明显的性能退化。结构应力监测方法光珊光纤应变传感器缺点需要专业人员施工造价高封装质量影响结构应力监测方法光珊光纤应变传感器工作原理：应变传感器的宝石测头与微动测头在接受到结构体

28、表面变形时，其变形被传递到宝石测头，宝石测头带动内置钐钴合金材料移动，霍尔芯片在永久磁场中移动产生电压信号。此电压信号通过内致16位单片机经过非线性编码调制成RS485标准数字信号输出。A/D转换在传感器内部完成，从传感器出来的数字信号通过电脑中的采样分析软件自动记录、显示和存储。安装方式短期长期HY-65DJB3000B 应变传感器结构应力监测方法 HY-65DJB3000B 应变传感器加速度传感器桥梁振动监测动力性能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(

29、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。分类电容式加速传感器伺服式加速度传感器压阻式加速度传感器压电式加速度传感器加速度传感器第一层：工业现场总线，使用RS485总线或无线作为通信通道 第二层：光纤网，使用光缆作为通信线路 第三层：监控中心局域网，使用超五类网线 第四层：Internet网，4G、WiFi等信号 网络传输模式设计 远程管理中心和管理人员通过Internet网随时随地查看监测数据，了解桥梁的健康状态 数据采集与传输系统无线传输模块现场采集设备光栅光纤解调仪无线采集+AD转换模块数据采

30、集与传输系统无线传输模块短距离WiFiUHF无线数传Zigbee中距离长距离微波通信GPRSGSM3G4G5G物联卡一米几百米几百千米几百米几千米按距离分类数据采集与传输系统无线传输模块ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域

31、，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。数据采集与传输系统 ZIgBee例1：通过蓝色打字突出，并实现突出各项预警指标值黄色预警阈值橙色预警阈值黄色预警增加监测频次橙色预警结构全面评估返回正常监测各项指标均 未超过阈值某项指标 超过黄色阈值某项指标超过橙色阈值，或多次超过黄色阈值，或多项指标同时超过黄色阈值，或发生极端突发事件结构安全预警模块实时在线预警流程的设计结构安全

32、预警模块预警阈值的设定原则1历史数据统计值基于历史监测数据得到各个预警指标的统计规律，并取具有95%保证率的预警指标分位值作为黄色预警阈值。随着桥梁运营年限的增加，历史监测数据积累越来越多，可将其反馈到结构预警体系中，定期更新预警阈值。2最不利工况响应值考虑正常使用极限状态下设计荷载的组合情况，取各荷载组合下的最不利工况响应值作为红色预警阈值。随着桥梁运营年限的增加，需根据定期更新的荷载模型和结构模型，对最不利工况响应值作出相应调整。3规范限值规范限值。采用国家或地方颁布的相关规范与规程规定的限值作为预警阈值。由于规范限值原则上是不允许突破的，因此规范限值通常用作红色预警阈值。根据55吨车荷载

33、下测量的实际挠度值推算出结构开裂后的刚度，修正有限元模型，根据开裂后刚度计算在设计荷载下的理论位移值，当实测位移或变形大于该计算值的0.80倍时，进行黄色预警；实测位移或变形大于理论位移值或一个月内发现10次以上黄色预警时，进行橙色预警。00.801正常监测预警报警、安全评估、维修管理预警线报警线m/SLSSLS正常运营极限值m运营状态监测结果结构安全预警模块预警阈值的设定原则诸永高速怀鲁立交桥健康监测项目实时在线预警阈值设定原则基本安全安全存在一定安全隐患结构安全预警模块预警阈值的设定原则安全基本安全存在一定安全隐患存在严重安全隐患00.801正常监测预警报警、安全评估、维修管理预警线报警线

34、m/SLSSLS正常运营极限值m运营状态监测结果结构安全预警模块预警级别安全1存在严重安全隐患515基本安全存在严重安全隐患存在一定安全隐患。预警级别划分标准混凝土结构跨中下挠导致混凝土梁出现比预期值更大的主跨跨中下挠的主要因素有两个：一是结构刚度的降低，二是结构的受力状态发生变化，这两种因素也会产生耦合影响，大多数情况下，导致主跨跨中出现比预期值更大的主跨下挠现象，往往是这两种因素共同作用的结果。 结构安全预警模块离线预警安装方式短期24小时箱梁跨中挠度趋势线 采用改进的移动平均值法对数据进行挖掘，可以得到桥梁上部结构随时间损伤的曲线，根据结构损伤曲线，为桥梁预防性养护及时提供技术资料。 结

35、构安全预警模块离线预警结构安全预警模块预警结果统计结构安全预警模块预警结果输出4损伤程度，评估损伤的严重程度321损伤定位，确定损伤的位置损伤检测，判断是否存在损伤结构损伤识别及评估模块损伤识别层次寿命预测，预估结构的剩余寿命 迄今为止，对于不使用结构模型的基于振动的损伤识别方法，主要能进行第层次和第层次的损伤识别。当振动的方法与结构模型结合，在某些情况下可以达到第层次的损伤识别。而第层次的损伤识别与预测通常要与断裂力学，疲劳寿命分析，结构设计评估的领域相结合才可能实现。结构损伤识别：:通过对结构的关键性能指标的测试和分析,判断结构是否受到损伤;如果结构受到损伤,则损伤置、损伤大小如何;为判断

36、结构能否继续使用及其剩余寿命估计提供决策依据。结构的损伤识别主要包括4个递进层次:1级别一：整体状态主要承重构件（主要通过测量交通负荷所引起的整体挠度）。2级别二：断面状态动态汽车衡重分类系统，采用经校准的加速度计，在模式识别的基础上，再现竖向悬臂的变形。3级别三：局部状态如桥梁扭转支撑底部和顶部的连接（利用附加的应变计进行验证）。每天的交通量与由货运交通产生的疲劳度相关的结构动态反应两者之间的关系来确定的。一个必不可少的需求是以雨流计数法来减少永久性监测系统的数据量，雨流计数法可以描述在不同密度和出现概率时与剩余疲劳相关的循环反应周期。目前桥梁结构寿命是通过损伤累计引起的应力来计算的，因此对

37、于通过转换得到的监测数据，有必要进行整体与局部的有限元分析。结构损伤识别及评估模块损伤识别级别结构损伤识别及评估模块损伤识别流程作用激励待测结构传感器动态信息特征提取状态信息健康监测与损伤诊断加固维修安全性与剩余寿命评价结构加固方案输出结果有损伤无损伤继续使用输出结果损伤模式损伤特征结构损伤识别及评估模块损伤识别方法指纹识别方法（即损伤指标方法）基于模型的损伤识别方法时频分析方法模式匹配方法频域分析方法结构损伤识别方法模型修正方法基于固有频率变化的损伤识别方法基于振型变化的损伤识别方法基于刚度变化的损伤识别方法基于柔度变化的损伤识别方法基于振型曲率变化的损伤识别方法基于残余力向量的损伤识别检测

38、方法基于单元模态应变能变化率的损伤识别方法基于传递函数(频响函数)变化的损伤识别方法直接法灵敏度法神经网络法智能优化算法Wigner-Ville 分布HUbert-Huang变换(HHT)方法小波分析方法基于小波奇异性检测的方法基于损伤前后小波变换系数变化的方法基于小波变换和弹性波传播理论的方法基于小波变换和神经网络的方法基于无模型的损伤识别方法关键问题测试噪声及各种环境不确定性干扰 测试技术及仪器精度的制约 环境综合激励并非理想白噪声 测试自由度及模态不完备 土木工程结构的损伤识别问题目前没有真正的解决总结结构损伤识别及评估模块损伤识别关键问题常用系统组合方式系统组合一传感器：静力水准仪+振

39、弦传感器+裂缝+温度采样频率：低数据传输方式：S485总线+GPSR采集方式：自动化采集系统组合二系统组合三传感器：水准仪+振弦传感器+裂缝+温度采样频率：低数据传输方式：ZigBee采集方式：人工+自动化采集传感器：LVDT+光纤光栅应变传感器+温度采样频率：高数据传输方式：无线+光缆采集方式：自动化采集中小跨径健康监测系统系统组合方式监测方法及内容桥梁线形-水准仪关键截面应力-振弦传感器新老混凝土应力-振弦传感器裂缝- 振弦传感器温度-温度传感器桥梁概况桥面全宽为12m，横向布置为0.5m+11m+0.5m，上部结构采用等截面预应力混凝土连续箱梁，其中9号桥第四联组成为527m，梁高1.6

40、m；第五联跨度组成为38+250+38，梁高为2.5m。2012年11月，进行了修复性加固，对超过0.15mm的裂缝进行灌缝注胶处理，腹板加厚在加厚腹板内增设预应力，箱梁内增设体外索，进行张拉加固，箱梁底部张贴钢板，并将桥面二恒凿除后植筋后重新铺装，将原12.5cm的铺装层增大为20cm。中小跨径健康监测系统案例一监测及数据传输方式自动化监测+人工定期监测应力、裂缝、温度自动化桥面线形人工定期监测数据传输S485总线+GPSR采样频率桥梁线形-1次/季度关键截面应力-1次/15分钟新老混凝土应力-1次/15分钟裂缝-1次/15分钟温度-1次/15分钟第五联温度监测断面第四联温度监测断面中小跨径

41、健康监测系统案例一第五联变形监测断面第四联变形监测断面中小跨径健康监测系统案例一中小跨径健康监测系统案例一数据管理系统总体框图中小跨径健康监测系统案例一应变传感器安装桥面线形测点现场采集仪现场照片中小跨径健康监测系统案例一 半年的运营期时间内，第四联各跨挠度均有增加，第一跨跨中下挠1mm，第二跨跨中下挠2mm，第三跨跨中下挠4mm，第四跨跨中下挠5mm，第五跨下挠2mm；根据公路桥梁计算状况评定标准（JTG/T H21-2011）表5.1.1-8，跨中最大挠度5mm计算跨径的1/1000=27mm，桥梁结构处于安全状态。中小跨径健康监测系统案例一应变测试断面应变测点布置荷载组合：恒载1.0+钢

42、束一次1.0+钢束二次1.0+汽车荷载1.0+温度正（负）梯度1.0；断面位置A-A（G-G）C-C(F-F)E-EB-BD-D下缘下缘下缘下缘上缘上缘成桥应力-4.9-2.5-1.0-2.8-3.5-2.3应力最大值-3.2-0.41.1-1.4-2.6-1.6应力最小值-5.4-3.6-1.8-4.5-4.4-3.0中小跨径健康监测系统案例一C-C断面下缘应力图A-A断面下缘应力图中小跨径健康监测系统案例二监测方法及内容桥梁线形-LVDT位移传感器应力、温度-光纤传感器监测及数据传输方式应力、温度光缆桥面线形无线微波传输采样频率主梁挠度-80Hz应力、温度-100Hz中小跨径健康监测系统案

43、例二中小跨径健康监测系统案例二中小跨径健康监测系统案例二中小跨径健康监测系统案例二中小跨径健康监测系统案例二中小跨径健康监测系统案例二243桥梁管养技术研究方向结构损伤研究与发展的方向基于视觉识别的结构损伤识别技术5基于动态响应参数的车辆荷载识别技术04中小跨径桥梁健康监测未来发展方向1中小跨径桥梁健康监测云平台系统无损检测技术面对我国桥梁工程材质、损伤、缺陷和受力状态的检测需求，需要研发桥梁永久荷载下桥梁受力状态非破损检测技术及装备，发展桥梁损伤和缺陷的可视化检测诊断方法及装备体系，构建服役桥梁材质状况高精度量化无损检测技术体系，以支撑我国桥梁养护和安全保障水平的提升。评定方法养护理念研究总

44、方向面对我国桥梁长期性能研究和运营管理的技术需求，需要研发高精度、长寿命、智能化传感器，发展桥梁关键状态参数和性能指标长期跟踪监测技术，构建桥梁健康诊断以及性能和抗力衰变监测技术体系与标准，研发基于BIM技术的桥梁管养系统，以推动我国公路桥梁养护管理技术的发展。健康监测技术面对服役桥梁养护科学决策的技术需求，需要进一步完善和发展桥梁技术状况评定、承载能力和减灾防灾能力鉴定方法，构建桥梁安全可靠性评估和使用寿命预测等的理论体系及技术方法，以推动我国桥梁服役可靠性的提升和使用寿命的延长。面对我国服役桥梁养护管理和桥梁资产保全增效的技术需求，需要转变桥梁养护理念，发展桥梁预防性养护技术，提升桥梁机械

45、化养护能力，构建符合我国国情的桥梁养护技术及装备体系，以促进我国桥梁技术向“建养并重”转型发展。桥梁管养研究方向改进桥梁养护技术，全面提升桥梁服役性能桥梁健康监测云平台现代信息化架构正从纵向“信息孤岛”向横向整合的“信息云”演进信息架构从 “烟囱型”演变为无所不在的“层次资源化的云”桥梁健康监测云平台，以云计算技术为基础，专注桥梁检测、监测、养护管理信息化建设，面向大中小型各类桥梁，构建一个提供信息化管理解决方案的云计算平台。云平台是集物联网、云计算和大数据存储管理分析于一体，为用户提供信息化基础设施、监测与管理软件及运行平台等优质的云计算资源，提供异构数据融合、数据异地备份容灾、大数据存储管

46、理分析、结构监测分析与报告、综合安全评估与智能预警等服务。桥梁云平台健康监测系统云平台云平台演变趋势云平台优势12345成本节约：不再需要单独的机房建设与运维、聘请专业的管理人员、支付高昂的独立网络费用；只需支付较低的普通网络费用和云计算服务费用。中小型桥梁在线监测完美解决方案：精简桥梁现场在线监测设施，节省工程造价，通过集约化管理，降低在线监测系统维护工作量。安全可靠：异地数据备份容灾保障，并提供统一的监控、报警、问题处理等专业服务，提高系统稳定性，避免数据的丢失遗漏。高效的数据分析处理能力：提供优质稳定的服务器群，实现高效的大数据分析处理，减少用户在一手数据的获取及整理上的工作量。简约桥梁在线监测：简化施工过程和系统运维，让用户只需关注桥梁现场传感设备安装，提供更加全面的监测功能，真正实现桥梁在线监测简约而不简单。桥梁云平台健康监测系统云平台云计算随需自助服务。基于虚拟化技术快速部署资源或资源动态扩展。随时随地用任何网络设备访问。减少用户终端的处理负担。降低了用户对于IT专业知识的依赖。多人共享资源池。可被监控与量测的服务。云计算就是“按需应变”的网络延伸，即服务提供商按照用户不断变化的需求提供