某桥梁健康监测技术方案

PAGEPAGE96某桥梁健康监测技术方案用户需求分析§1.1桥梁健康监测系统桥梁健康监测就是通过对桥梁结构进行无损检测，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，对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据和指导。桥梁健康监测系统的基本组成如图1.1所示。图1.1健康监测系统基本组成框图一般大型桥梁健康监测系统对以下几方面进行监控：(1)桥梁结构在正常车辆荷载及风载作用下的结构响应和力学状态。(2)桥梁结构在突发事件(如地震、意外大风或其它严重事故等)之后的损伤情况。(3)桥梁结构构件的耐久性，主要是提供构件疲劳状况的真实情况。(4)桥梁重要非结构构件(如支座)和附属设施的工作状态。(5)大桥所处的环境条件，如风速、温度、湿度、地面运动等。因此，桥梁健康监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改进，而是运用现代化传感设备与光电通信及计算机技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应和行为，获取反映结构状况和环境因素的信息，由此分析结构健康状态，评估结构的可靠性。在偶发事件发生后，可通过监测数据识别结构的损伤和关键部位的变化，对大桥结构的承载能力和抗风、抗震能力作出客观的定量的评估。这种评估不仅对大桥的科学养护与维修提供可靠的依据，而且监测数据可用于深入研究大跨度桥梁结构及其环境中的未知和不确定性问题。而且桥梁健康监测信息反馈于结构设计的更深远意义在于，结构的设计方法与相应的规范标准等可能得以改进。§1.2桥梁健康监测的现状与进展自20世纪50年代以来，随着桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁健康监测的重要性逐渐被认识，但受检测、监测手段比较落后的限制，在应用上一直未得到推广和重视。近年来随着大跨径桥梁的轻柔化及形式与功能的复杂化，对已建成的桥梁采用有效的手段监测和评定健康状况、维修和控制损伤，对新建的桥梁总结以往的经验和教训，建立长期的安全健康监测、振动和损伤控制系统，已成为目前国内外学术界、工程界的研究热点。许多国家都在一些已建和在建的大跨桥梁上进行了有益的尝试：丹麦曾对总长1726m的Faroe跨海斜拉桥进行施工阶段及通车首年的监测，另外，他们在主跨1624m的GreatBeltEast悬索桥上也开始了相关的尝试；泰国与韩国目前也已开始在重要桥梁上安装永久性的实时结构整体与安全性报警设备；香港的青马大桥、内地的虎门大桥、徐浦大桥、江阴大桥、东海大桥等在施工阶段也已开始传感器的安装，以备将来运营期间的实时监测；在重庆地区，通过集群式监测系统，已将长江上的10座特大桥纳入长期健康监测系统；从2005年底开始，重庆交通大学（原重庆交通学院）牵头承担了交通部西部交通建设科技重大项目——“大跨径桥梁监测、加固及养护成套技术研究”，重点开展了连续梁及连续刚构桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥四种桥型的长期健康监测与维修加固方面的理论与应用研究，取得了重大的技术进步。这些健康监测技术的成功开发与应用将起到确保桥梁安全运营、延长桥梁使用寿命的作用。同时通过早期桥梁病害的发现能大大节约桥梁的维修费用，可以避免最终频繁大修关闭交通所引起的重大损失。桥梁健康监测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，从而为桥梁工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。根据目前国内外最新的发展，现代桥梁健康监测诊断的主要内容可概括为3个方面：结构损伤状态的识别、定位与标定；有损桥梁结构的功能定量评估；有损桥梁结构的使用风险趋势预测。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息，因此桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。近20年来，运用整体健康监测对桥梁结构进行系统化检查与评估的研究工作已有很大发展。目前现代桥梁健康诊断试验与研究中取得的进展主要有以下几个方面：1、在车重、车速及支承对桥梁模态参数的影响方面有深入研究的理论基础上，可以证明用环境振动法进行桥梁自动检测的可行性。2、人们对桥梁健康监测的重视程度逐年增加。越来越多的新建桥梁安装桥梁健康监测系统不但用于运营阶段桥梁状态的监测，而且从施工控制开始完整、连续的记录结构的各种变化信息。3、监测内容全面完整。不仅对结构本身的状态和行为（如应力、位移、加速度、动力特性等）进行监测，而且还对环境条件（如风、地震、温度、车辆荷载等）的记录监测和分析。4、监测仪器设备多元化、先进化。资金条件允许下，很多监测系统都采用当时较先进的仪器，现在较为先进的仪器有光纤传感器和GPS等。5、监测系统本身的整体功能在不断完善。大部分监测系统都快速大量的信息采集与传输通讯能力，有的还实现了通过计算机网络远程传输和控制、分析、诊断功能。6、开发了各种基于频率、振型、模态曲率、模态应变等改变量的损伤识别定位技术，在处理方法上探寻了MAC（模态保证准则）法、COMAC（坐标模态保证准则）法、柔度矩阵法、矩阵振动修正法、非线性迭代法及神经网络法等。对结构整体监测的理论研究主要集中于利用基于环境结构振动特性或响应的变化进行损伤识别的技术。结构在各种激励下的动力响应是其整体状态的一种量度，当结构的质量、刚度和阻尼特性因结构损伤（质量退化）而发生任何变化其振动响应也将发生变化，而这一变化可以通过振动测试方法测得。利用振动实验分析进行结构安全监测正是基于这一原理。大跨度桥梁（实际上包括土木工程中的所有大型结构在内）健康监测及状态评估技术的研究目前仍然处于探索阶段，需要多学科的进一步交叉与发展，特别是大型桥梁的动力测试技术和信号处理技术。前面探讨的基于环境结构振动特性或响应的变化进行损伤识别技术的出现为最终实现这一目标展现了美好的前景，而推动这一技术在实践中真正的应用，基本实现大型桥梁健康监测（长期、定时、自动、经济、不妨碍交通）的要求，尚有许多问题有待研究。此项技术的最终成功应用，其在结构安全、可靠（对地震，强风等强烈自然灾害后结构的状态进行快速和有效的评估，为维修决策提供依据），延长结构使用寿命（提早发现不定时的损伤累积，为有效遏制事态严重化提供保障）和科学探索（揭示结构在自然环境中真实的结构响应以验证现有桥梁理论）等方面将产生重大的技术变革。§1.3XX湖特大桥健康监测和安全评估系统XX湖特大桥为XX高速公路跨越XX湖的一座特大桥梁。大桥由主桥和两岸引桥组成，全长1846m。其上部结构为（10×30）米连续T梁＋（65＋10×110＋65）米预应力混凝土连续箱梁＋（10×30）米连续T梁。XX湖特大桥是华北地区最大的预应力混凝土连续箱梁，为XX高速公路全线控制性工程。大桥建成后，一直是张家口以北及以西地区车辆进入京津必经的咽喉要道，日平均交通流量高达2.7万辆之多，其中70％左右是大型货柜车辆，并且超载现象严重。繁忙的交通流量和严重超载车辆直接影响大桥的运营安全和使用寿命。鉴于XX湖特大桥在交通中的重要地位，建立桥梁健康监测和安全评估系统，就是要对桥梁结构的病害损伤情况及其发展趋势进行长期的实时监测，以便及时查明发生病害损伤的原因，及时发现并消除桥梁结构存在的安全隐患，从而保证大桥的安全运营，及时掌握大桥运营状况，防患于未然，保证公路交通的安全畅通。根据XX湖特大桥健康监测系统的建立目的和特点，考虑目前桥梁的健康监测现状，各种监测手段和评判理论还有待进一步提高，同时完全自动化的数据采集和分析系统的可靠性需要验证，为了提高实用性，XX湖特大桥健康监测和安全评估系统采用“实时监测+定期检测”的工作模式、“长期静态变化趋势+动力指纹”综合评估模式。鉴于上述理由，对本座桥梁重点部位布设长期健康监测系统，在此基础上进行长期观测，收集数据“指纹”，以评估桥梁的承载能力和安全状况。本次所使用的桥梁结构健康监测系统包括硬件和软件2个部分，融合后包括4个主体系统，即：（1）、传感器与数据采集系统；（2）、数据预处理与传输系统；（3）、数据库管理系统；（4）、综合评估决策与自动安全预警智能系统。各系统间通过光纤网络联系而进行运作。结构健康监测系统的构成见图1.2。图1.2结构健康监测系统工作流程图XX湖特大桥结构健康监测系统主要达到以下几个方面的功能：(1)、报告大桥在各种工作环境下的结构载荷变化；(2)、设定日常信道报警系统，用于桥梁的日常运营管理；(3)、报告大桥各主要构件的实际工作状况，为结构维护提供依据；(4)、报告大桥主要构件有否任何损坏或者累积性的损伤并设立报警系统；(5)、对大桥主要构件有否潜在损坏及其主要构件的剩余使用寿命进行评估；(6)、对大桥结构的健康状况、结构安全可靠性进行评估。§1.4XX湖特大桥健康监测和安全评估系统的重点与难点分析根据XX湖特大桥健康监测和安全评估系统的构成特点和要达到的目标，整个系统的重点和难点主要体现在监测系统的可靠性和耐久性、安全评估方法的科学性与实用性方面。XX湖特大桥作为公路桥梁，活载在总荷载中所占的比例相对较小，并且汽车以各自不同的速度在运动，这就导致对桥梁结构振动特性的激励不如铁路桥那么明显，振动特性的监测受系统噪声的影响较大，它将影响监测数据的可靠性。同时整个监测系统处于野外工作环境，设备与整个系统的耐久性将受到考验，解决上述问题，必须在选用可靠设备的基础上，通过“精益求精、适当冗余”的设计理念来保证，这样不仅有利于系统的可靠运行，而且最大限度地减少系统自身的养护维修问题。根据交通部西部交通建设科技重大项目——“大跨径桥梁监测、加固及养护成套技术研究”的中间研究成果，《公路桥涵养护规范》仅适用于中小跨径的桥梁状态评估与养护，不适用于特大跨径桥梁的状态评估与养护。对于XX湖特大桥来讲，必须建立一套专门的安全评估与养护维修对策，通过建立“长期静态变化趋势+动力指纹”综合评估模式，保证安全评估方法的科学性与实用性，并且要形成一套专门的养护维修指南。第2章XX湖特大桥健康监测系统设计基本原则及技术、设备选型原则§2.1XX湖特大桥健康监测系统设计基本原则健康监测系统的建立本身既是一项系统的工作，在系统的建立过程中需要综合考虑多方面的因素以达到预期设定的目标。因此在系统建立前根据系统要实现的功能及要达到的目标并参考以往的经验设定一些原则来指导系统建立工作的进行是非常必要的。系统设计的总体原则是指导系统设计的纲领性文件，是系统设计的目的、功能、标准和业主要求的体现。总体原则的确定具有很强的针对性，其确定的合理与否将直接影响到业主最终能否能得到满意的产品。根据本项目健康监测系统的工作目的并充分响应招标文件，XX湖特大桥健康监测系统设计的总体原则确定如下：（1）针对性和实用性健康监测系统的设计针对XX湖特大桥的实际情况进行，监测内容的确定不求多求全，以满足监测要求，能有效监测结构物的工作状态为根本目标。（2）先进性和可靠性监测系统具有一定的先进性，在各种条件相同或相近的情况下尽量采用先进的监测设备与技术，用合理的投入来达到最优的性价比，保证有效地实现监测系统设计的目标。由于结构物健康监测是一项长期的工作，其工作周期长达十年甚至几十年，因此在监测系统满足先进性的同时高度重视整个系统的可靠性，选择可靠的硬件产品和软件技术，保证监测系统性能长期稳定、可靠的运行。（3）完整性和开放性系统监测的内容具有完整性，监测控制过程逻辑严密，功能相对齐全，功能模块之间既相互独立又相互关联，避免故障联动影响；监测系统同时具有良好的开放性和可扩展性，以便在系统的整个工作周期内根据实际需要或业主的要求进行系统扩展或功能升级。（4）可操作性和易维护性监测系统设计合理，系统操作的人机界面方便友好，易于管理、操作和进行故障检查及日常维护。硬件设备的安装设置方便并易于更换。§2.2XX湖特大桥监测参数设置原则XX湖特大桥健康监测系统监测参数的设置根据测点的重要性程度即优先级按以下原则进行布置：（1）安全优先原则安全优先是指测点参数值与安全性直接相关时，应保证此类测点参数的准确获取，而主要为使用功能提供参考的测点则处于相对次要的地位。（2）整体优先原则整体优先原则是指测点参数能反应结构的整体力学性能时，应优先考虑。（3）初值优先原则初值问题是指当测点参数测得值不是测点参数的全量，测点参数初值不能或难以由传感器直接测得。在这种情况下这类测点的参数初值只能通过间接的方法获得，其准确性和可靠性远低于由传感器直接测得的初值，存在初值问题。初值优先原则即指能由传感器直接测得初值的测点应优先考虑。（4）动静结合原则动静结合原则是指在当前结构检测和分析技术水平下，静力测试数据具有直观、便于工程人员分析和处理、数据相对容易获得的优点，但同时也具有难以反映结构整体性能的缺点。而动力测试数据具有能够反映结构整体性能的优点，但也有分析方法和理论不成熟，分析结果不可靠的缺点。因此，静力测试和动力测试应结合使用，取长补短，互相校核，以达到通过健康监测系统更全面更准确地掌握结构的整体性能和工作状态的目的。§2.3传感器的选型布置原则XX湖特大桥健康监测系统传感器和分析仪的选型主要考虑以下几个原则进行：（1）适用性原则健康监测系统所选择的传感器和采集分析仪在使用上应能满足健康监测数据采集在精度、频率和传感器自身环境适应性等方面的要求。适用性的内容还包括传感器和采集分析仪的功能和性能应以够用并具有适当前瞻性为原则，不应一味考虑节约成本而使监测系统失去以后升级提高的机会，也不应一味追求先进造成不必要的浪费。（2）耐久性和可靠性原则健康监测是一项长期的工作，其整个工作周期长达十年甚至几十年，因此对传感器和分析仪耐久性和可靠性的要求极高。例如许多传感器工作于无防护的自然环境甚至更恶劣的环境中（如箱梁的箱室中，夏季高温时箱室中的温度可达到40至50摄氏度），因此对传感器的稳定性、耐久性、可靠性和抗损坏性能的要求尤其突出。就整个系统而言，应满足15年以上的使用寿命，对单个监测设备和元件应满足10年以上的使用寿命，并且方便更换。（3）统一性原则对于一般的健康监测来说，由于要尽可能多的获得结构物在工作状态下的各种信息，因此监测的项目较多。如果对每个监测项目都采用单独的子系统，使用不同的传感器和分析仪，那么将使整个监测系统的集成变得复杂、困难，同时也会降低整个监测系统的可靠性和经济性。因此在传感器和分析仪的选型上应注意对于不同的监测项目在满足使用要求的前提下应尽量选用工作原理相同的传感器，这样不同的监测项目可以采用相同的分析仪采集数据，从而减少信号采集设备的数量，简化整个监测系统，降低系统的复杂性，提高系统的经济性、稳定性和可靠性。（4）系统性原则系统性原则是指任何传感器的选型和布置都应从系统的高度进行考虑。子系统的各种性能应以实现健康监测这个大系统的功能为目标，而不仅仅局限于实现本子系统的功能。各子系统传感器的选型和布置应综合考虑整个系统功能的实现。（5）综合平衡原则传感器方案的选型和布置必须兼顾各个原则的要求，进行综合平衡性能、工艺、成本、售后服务等相关问题，达到最优布置设计。§2.4数据传输系统的设计原则XX湖特大桥健康监测数据传输系统的设计主要考虑以下几个原则进行：（1）适用性原则数据传输系统应在考虑桥梁实际情况和响应招标文件的基础上满足健康监测系统正常运行的需要。数据传输系统的选择应紧密结合健康监测系统对数据传输的要求进行，按照前瞻性原则适当考虑整个健康监测系统未来升级的需要。适用性是选择数据传输系统时首先应满足的基本要求。（2）可靠性原则数据传输系统的选择应满足整个健康监测系统对数据传输可靠性的要求。传感器采集到的数据能被及时、准确、可靠的传输是数据分析与安全评估的前提，关系到整个健康监测系统的正常运行，因此数据传输系统的可靠性显得非常重要，是选择数据传输系统时应着重考虑的因素。（3）经济性原则数据传输系统的选择还应满足经济性的要求，即不应一味地强调高性能而造成无谓的浪费，也不应过于考虑经济，以致影响整个健康监测系统性能的发挥或正常的工作乃至系统未来的升级改造。第3章XX湖特大大桥健康监监测技术方方案及说明明§3.1XX湖特特大桥健康康监测系统统总体方案案与说明XX湖特大桥健健康监测和和安全评估估系统主要要包括两个个方面:即定期人人工巡检和和远程智能能监测系统统,其中远程程智能监测测系统主要要由四部分分组成(如图3.1所示):即传感器与数数据采集系系统、数据预处处理和传输输系统、数数据库管理理系统和健健康状态评评估与报警警系统。各部部分主要功功能和组成成如下:安全评估与报警系统：包括用户计算机.数据统计分析模块.行车安全分析与报警模块传感器与数据采集系统安全评估与报警系统：包括用户计算机.数据统计分析模块.行车安全分析与报警模块传感器与数据采集系统：包括传感器、信号调理仪及其它二次仪表数据预处理和传输系统：包括数采控制设备、数据处理模块和数据通信模块数据库管理系统：包括服务器、数据库管理与查询模块授权用户定期人工巡检系统：包括人工数据采集和数据录入两个部分图3.1监测测系统整体体结构图1.传感器与数数据采集系系统的主要要功能是实实时地采集桥梁梁的状态信信息,并将其转转换为可供供硬件传输输分析的物物理信号,是桥梁状态态自动分析析评估的基基础。传感感器与数据据采集系统统包括传感感器、信号号调理仪和和其它二次次仪表等信信号采集分分析设备，在本桥中中主要包括括10个子系统统。.2.数据预处理理和传输系系统的主要要功能是将将传感器与与数据采集集系统采集集到的数据据传输到指指定设备,以便进行行进一步的的处理。数据预处处理和传输输系统主要要包括数采采控制设备备、数据处处理模块和和数据通信信模块等几几个部分。3.数据库管理理系统的主主要功能是是对数据预预处理和传传输系统传传输来的数数据和安全全评估系统统对输入数数据进行分分析后得到到的结果进进行管理和和存储,已备以后调用用和查询,并支持健健康状态评评估与报警警系统对数数据的实时时调用和结结果存储.数据库管管理系统主主要包括服服务器、数数据库管理理与查询模模块等部分分。4.健康状态评评估与报警警系统的主主要功能是是对前述各各系统采集集传输来的的数据信号号进行分析析,从中提取取出所监测测桥梁的各各类信息,并对这些信息按一定定的方法进行评评估，从而掌握所监测测桥梁的实实际工作状状态,保障结构的安全，为养护和维维修决策提提供科学依据。健康康状态评估估与报警系统统主要包括括用户计算算机、数据统计计分析模块块、行车安全全分析与报报警模块等等几个部分分。传输光缆传输光缆传输光缆授权用户终端交换机交换机交换机数采部分传感部分总监控室图3.2监测系统物理结构示意图测站1测站2测站N§3.2XX湖特特大桥传感感器与数据据采集系统统技术方案案XX湖特大桥传传感器与数数据采集系系统共分为为十个子系系统，分别别是：车辆辆荷载监测测子系统、温温度监测子子系统、湿湿度监测子子系统、动动挠度监测测子系统、振振动监测子子系统、应应变监测子子系统、支支座变形监监测子系统统、梁端位位移监测子子系统、地地震监测子子系统、视视频监测子子系统。各各子系统的的具体技术术方案如下。3.2.1车车辆荷载监监测子系统统1.车车辆荷载监监测子系统统总体要求求车辆荷载监测子子系统必须须满足健康康监测系统统监测通过过桥梁的车车辆荷载的的要求。具体包包括以下几几个方面：：（1）在不影响车辆辆通行的情情况下准确确检测通过过大桥的车车辆；（2）传感器布置合理理，能监测测到所用通通过大桥的的车辆；（3）能对检测到的车车辆荷载数数据进行即即时的初步步分析，在在危险荷载载通过时及及时发出报报警；（4）能及时将监测测数据发送送到总监控控室，以便便数据分析析与安全评评估系统做做进一步处处理；（5）车辆荷载监测子子系统的各各个组成部部分具有较较高的可靠靠性、耐久久性和环境境适应性。2.车车辆荷载监监测传感器器布置方案案车辆荷载监测传传感器的布布置数量、布布置位置和和布置方式式应针对通过大大桥的车辆辆荷载的具具体情况确确定。从XX湖特大桥目目前的车辆辆荷载通行行情况来看看，重载车车辆主要是是由张家口口向北京运运送物资的的大型货运运车辆。因因此，大桥桥的张家口口至北京车车幅是承受受重载的主主要结构，其其受荷情况况比另一车车幅要严峻峻的多，是是健康监测测系统监测测的重点。车辆荷载监测传感器的布置应能完全监测通过张家口至北京车幅的车辆。同时，考虑健康监测系统对通过桥梁的危险荷载的预警功能，车辆荷载监测子系统应能在危险荷载通过大桥前检测出危险情况并及时发出报警。根据以上情况，XX湖特大桥的车辆荷载监测传感器应布置在重载车幅张家口台前方50米处。布置数量为重载车幅的每个车道至少布置一套，全桥至少两套。具体布置方式为各车道的车辆荷载监测传感器在重载车幅的某一个横断面并行布置，以保证完全监测通过大桥重载车幅的所有车辆。车辆荷载监测传传感器的具具体布置图图见附图1。3.2.2温温度监测子子系统1.温温度监测子子系统总体体要求XX湖湖特大桥健健康监测系系统温度监监测子系统统的作用主主要有两个：一是为应变传传感器进行行温度修正正提供依据据；二是监测主梁梁箱内温度度和环境温温度。2.温温度监测传传感器布置置方案温度监测传感器器的布置应应围绕温度度监测子系系统的主要要作用进行行。对于修正应变传传感器的作作用，由于于用于该作作用的温度度传感器应应与所修正正的应变传传感器共点点埋设，以以尽量精确确地起到修正正作用。因为用于修正应应变监测的的温度监测测传感器的的测点沿箱箱梁箱室内内布置，该该部分温度度监测传感感器又可用用于监测箱箱梁箱室内内的温度，所所以在箱梁梁箱室内不不再单独布布设用于监监测箱梁箱箱室内温度度的温度监测测传感器。根据招标文件的的要求，用用于环境温温度监测的的温度传感感器的布设设方案具体体如下：（1）用于环境温度度监测的温温度监测传传感器的布布设截面选选在大桥中中跨的跨中中截面；（2）用于环境温度监监测的温度度监测传感感器在所选选截面的具具体布置方方案为：在在选定截面面箱梁外侧侧的悬臂端端部、腹板板中部和底底板下侧的的两端各对称称布置一个个温度监测测传感器。温度监测传感器器的具体布布置图见附附图2；全桥共计布设用用于环境温温度监测的的温度监测测传感器6个。3.2.3湿湿度监测子子系统1.湿湿度监测子子系统总体体要求布置湿湿度监测传传感器的主主要目的是是监测桥梁梁在工作状状态下箱梁梁内外的湿湿度情况。由由此根据湿湿度对箱梁梁的影响评评估桥梁的的安全性和和工作状态态。2.湿湿度监测传传感器布置置方案考虑XX湖特大大桥的工作作环境是湿湿度较大的的湖，根据湿度度监测传感感器监测的的目的和环环境中湿度度的变化规规律，湿度度监测传感感器的布设设应能反应应大桥箱梁梁内外的湿湿度变化。因此此，湿度监监测传感器器的测点应应在选定断断面的箱梁梁内外均应应对称布置。在一一般情况下下，环境中中的湿度不不会剧烈变变化，所以以湿度监测测传感器的的测点布置置不宜太多。根据招标文件的的要求，湿湿度监测传传感器的具具体布设方方案如下：：（1）用于环境湿度度监测的湿湿度监测传传感器的布布设截面选选在大桥中中跨的跨中中截面；（2）湿度监测传感器器在所选截截面的具体体布置方案案为：在选选定截面的的箱梁底板板的中点上上下两侧各各布置一个个湿度监测测传感器。湿度监测传感器器的具体布布置图见附附图3；全桥共计布设用用于环境湿湿度监测的的湿度监测测传感器2个。3.2.4动动挠度监测测子系统1.动动挠度监测测子系统总体体要求动挠度监测子系系统是整个个健康监测测系统中较较为重要的的子系统。根根据桥梁结结构理论，结结构的变形形在很大程程度上能反反映出结构构的整体工工作状态，是是评估结构构的安全性性和工作性性能的一个个比较理想想的指标。同同时，以目前的的技术手段段能较为方方便、准确确的获得结结构的变形形状态。因因此，对结结构的状态态评估来说说，监测结结构变形的的意义就显显得尤其重重要。2.动动挠度监测测传感器布布置方案根据招标文件对对动挠度监测测的要求，XX湖特大桥的动挠度监测主要是监测大桥在工作状态下部分桥跨跨中的动挠度，以部分桥跨的动挠度变化情况代表全桥的动挠度变化。同时考虑动挠度的变化是对大桥结构局部工作性能的反映，为了更全面的掌握大桥桥跨的动挠度变化，我方在招标文件所提方案的基础上增加大桥张家口方向边跨的跨中截面作为监测截面。动挠度监测传感器的具体布设方案如下：（1）动挠度监测传感感器的布设设截面为：：大桥主桥桥重载车幅幅张家口方方向边跨的的跨中截面面和靠近张张家口侧6个中跨的1/4、跨中截截面；大桥桥轻载车幅幅张家口方方向边跨的的跨中截面面和靠近张张家口侧6个中跨的的跨中截面面。全桥共共计安设动动挠度监测测传感器的的截面20个，每个截截面布置动动挠度监测测传感器1个；（2）动挠度监测传感感器在所选选截面的具具体布置方方案为：动动挠度监测测传感器均均布置在箱箱梁选定截截面的箱室室内侧底板板的中点处处。动挠度监测传感感器的具体体布置图见附图4。全桥共共计布设动动挠度监测测传感器220个。3.2.5振振动监测子子系统1.振振动监测子子系统总体体要求振动监测子系统统是整个健健康监测系系统中一个个较为重要要的子系统统。桥梁动力力特性参数数和振动水水平(振动强度度和幅值))是桥梁整整体安全的的标志，桥桥梁结构刚刚度等性能能的变化会会引起结构构振动特性性的改变。因因此，对桥桥梁动力特特性及振动动水平的监监测能够起起到从整体上对对桥梁结构构的健康状态态进行监测的的目的。2.振振动监测传传感器布置置方案根据振动监测传传感器的监监测目的和和XX湖特大桥的的结构形式式，为了能能使振动监监测传感器器监测到桥桥梁的动力力特性参数数和振动水水平(振动强度度和幅值))，应在确确定传感器器的布置方方案前应用用结构分析析软件对大大桥的模型型进行模态态分析，以以充分掌握握桥梁的动动力特性参参数和振动动水平的理理论值，进进而根据理理论值进行行传感器的的布设，达达到传感器器布设的目目的。根据招标文件的的要求，同同时为了更更全面的掌掌握大桥桥桥跨的振动动特性，我我方在招标标文件所提提方案的基基础上增加加大桥重载载车幅张家家口方向边边跨的跨中中截面作为为监测截面面。振动监监测传感器器的具体布布设方案如如下：（1）振动监测传感感器的布设设截面为：：大桥主梁梁重载车幅幅张家口方方向边跨的的跨中截面面和靠近张张家口侧6个中跨的的跨中截面面，以及重重载车幅靠靠近张家口口侧6个中墩的的墩顶截面面。全桥布布设振动监监测传感器器的截面共共计13个。（2）在跨中截面每个个截面布置置分别监测测桥跨竖向向和横向振振动的振动动传感器各各一个；在在墩顶截面每每个截面布布置分别监监测主梁纵纵向和横向向振动的振振动传感器器各一个。振动监测传感器器的具体布布置图见附图5；全桥共计布设振振动监测传传感器26个。3.2.6动动应变监测测子系统1.动动应变监测测子系统总总体要求动应变监测子系系统是整个个健康监测测系统中一一个较为重重要的子系系统，其提提供的数据据是衡量结结构物工作作性能的重重要指标。从理想的情况来说，我们希望能监测到整个结构物所有部位的应变值，但混凝土的应变变化对整个结构物是一个局部性的变化，就目前应用的应变监测手段来说，要进行结构物所有部位的应变监测还有很大的困难，这其中包括技术和经济两个方面的原因。对于通过应变评评估结构物物的安全性性和工作状状态这个问问题，我们们希望能了了解整个结结构物的应应变状态，如如果难以做到这一点点，那么至至少应掌握握结构物比比较重要部部位的应变变状态，这这是评估结结构物的安安全性和工工作状态的的最低要求求。动应变变监测传感感器的选型型和布置应应围绕这一一原则进行。2.动动应变监测测传感器布布置方案根据以上分析，动应变监测传感器的布置应考虑两个方面的问题。一是动应变监测传感器应布置在结构的那个部位，其所获数据才能较好的反映结构的整体状况。对于XX湖特大桥这样的连续梁桥来说就是确定主梁的那个截面能最大限度的反映桥梁的整体状态；二是在选定的部位传感器如何布置才能最大限度的反映该部位的真实应变状态。对于XX湖特大桥来说就是在选定的截面如何布置传感器以尽可能的了解截面的应变状态。对于第一个问题题，根据对对下部结构构为单墩的的连续箱梁梁的认识我我们知道：：主梁的最最大负弯矩矩发生在箱箱梁的墩顶顶截面；主主梁的最大大正弯矩发发生在箱梁梁的跨中截截面。因此此这两个截截面的应变变状态代表表了箱梁整整体应变状状态的上下下限，能最最大限度的的反映箱梁梁的整体状状态，是健健康监测系系统应控制制的截面，也也就是应布布置动应变变监测传感感器的截面面。对于第二个问题题相对来说说较为复杂杂，根据桥桥梁结构理理论，箱梁截面面的应力分分布由于剪剪力滞效应应的存在，其其在整个截截面内的分分布是不均均匀的。因因此，动应应变传感器器应布置在在截面应力力值最大处处，以监测测结构应力力变化的最最不利状态。根据招标文件的的要求，同同时考虑以以上分析，确确定动应变变监测传感感器的布设设方案如下下：（1）全桥选择主桥桥重载车幅幅中点两侧侧的桥跨为为监测跨，用所选监测跨的动应变状态代表全桥的状态；（2）动应变监测传感感器的布设设截面为所所选监测跨跨的跨中和和墩顶截面面；（3）动应变监测传感感器在所选选截面的具具体布设位位置如下：：在墩顶截截面为箱梁梁顶板和底底板的两端端和中间，共共计6个测点，这这6个测点监监测箱梁墩墩顶截面的的纵桥向应应变；在墩墩顶截面两两侧悬臂的的根部，各各布设一个个测点，这这两个测点点监测箱梁梁墩顶截面面悬臂根部部横桥向的的应变；在在跨中截面面为箱梁顶顶板和底板的两端端和中间，共共计6个测点，这这6个测点监监测箱梁墩墩顶截面的的纵桥向应应变。全桥共共计有布设设动应变监测测传感器的的截面5个，测点36个，其中增增加20个测点。动应变监测传感感器的具体体布置图见附图6。3.2.7支支座变形监监测子系统统1.支支座变形监监测子系统统总体要求求支座变变形监测的的目的有两两个，一是是通过监测测支座在桥桥梁工作状状态下的位位移，了解解桥梁结构在在荷载作用用下的位移移；二是通过过部分支座座的监测推推断全桥支支座的工作作状态，为为桥梁的维维修和支座座更换提供供信息。2.支支座变形监监测传感器器布置方案案根据支座变形监监测的作用用和招标文文件对支座座变形监测测的要求，支支座变形监监测传感器器共布置8个，分别别监测四个个支座的纵纵、横向位位移。本桥桥选取重载载车幅的13＃墩、15＃墩、16＃桥墩和17＃墩顶部的的双向支座进进行监测。支座变形监测传传感器的具具体布置图图见附图7。3.2.8梁梁端位移监监测子系统统1.梁梁端位移监监测子系统统总体要求求监测梁梁端位移的的目的有两两个：一是是通过监测测梁端伸缩缩缝在桥梁梁工作状态态下的变形形，间接地了解结构构在荷载作作用下的反反应和整体体工作性能能；二是通通过对梁端端伸缩缝的的监测了解解伸缩缝的的工作状态态，为伸缩缩缝的维修修提供信息息。2.梁梁端位移监监测传感器器布置方案案根据梁端位移的的监测目的的和招标文文件的要求求，全桥共共布置4个梁端位位移监测传传感器，分分别布置在在大桥连续续梁两端的的伸缩缝处处。每道伸伸缩缝处各布置一一个梁端位位移监测传传感器，监监测主梁梁梁端的位移移变化和伸伸缩缝的变变形情况。梁端位移监测传传感器的具具体布置图图见附图8。3.2.9地地震监测子子系统1.地地震监测子系统统总体要求求由于XXX湖特大桥桥桥址处地理理位置及地地质地貌条条件极为复复杂，处于于高地震烈烈度区（基基本烈度为为Ⅷ度），因因此布置地地震监测系系统监测地地震的动力力参数，确确定结构在在地震时的的输入，进进而为分析析地震对结结构的影响响提供数据据和依据。2.地地震监测传传感器布置置方案根据以上目的并并考虑XXX湖特大桥的的结构形式式，地震监监测传感器器的布置数数量不应太太多。考虑虑满足监测测要求和传传感器备份份等因素，地地震监测传传感器的布布置方案为为：在全桥桥的桥墩中中选择两个个有代表性性的桥墩，在在每个桥墩墩的承台上各各布置一个个地震监测测传感器，以以监测地震震的动力参参数。根据招标文件的的要求，本本桥选择10＃和16＃桥墩布布设地震监监测传感器器。具体布布设方案为为：每个桥墩墩上布置两两个地震监监测传感器器，全桥共共计布设4个地震监监测传感器器。地震监测传感器器的具体布布置图见附图9。3.2.10视视频监测子子系统1.视视频监测子系统统总体要求求布置视视频监视系系统的主要要目的是实实时直观地地了解桥面上上的车辆交通通情况，并并在发生意意外事件时及时了解解现场情况况采取处理理措施。2.视视频监测传传感器布置置方案根据视频监视系系统的作用用和招标文文件的要求求，视频监监测传感器器共布置两两套，具体体布置位置置为：重车车幅16＃墩上方方和桥头车车辆荷载监监测位置。视频监视传感器器的具体布布置图见附图100。3.2.11XX湖特大大桥数据采采集方案XX湖特大桥健健康监测系系统在设计计中需要考考虑应力、荷荷载、变形形、温度等等多种关键键参数，所所以在设计计数据采集集系统时，要要基于多传传感器系统统的融合来来设计数据据采集系统统。数据融合技术是是将来自多多传感器和和相关数据据库的有关关信息进行行综合，以以得到精度度上的改善善和更加具具体的推断断，而这些些也可以通通过只应用用单个传感感器来得到到，美国国国防部将此此定义阐述述为“数据融合合是一个多多级、多方方面的过程程，这个过过程处理自自动识别、连连结、相关关、估计以以综合多源源数据和信信息”。数据融合的关键键技术是数数据转换、数数据相关、数数据库、融融合推理等等。针对复复杂的环境境和变动的的目标，在在难以获得得先验知识识的前提条条件下，建建立具有良良好稳定性性和自适应应能力的目目标机动与与环境模型型，以最简简单的融合合办法达到到设计要求求。1.数数据类型的的特点系统监测的对象象包含结构构振动、主主梁动位移移、动应变变等动态参参量以及视视频图象。就就桥梁的动动力特性参参数(频率、振振型和阻尼尼等)和振动水水平(振动强度度和幅值))在长期的的过程和正正常情况下下而言，其总总体的变化化是非常缓慢慢的。2.数数据采集方方案健康监测的目的的是通过自自动化的监监测系统监监测结构物物长时间条条件下的自自身性能和和工作状态态的变化，包包括结构物物自身物理理性能的变变化、结构物整整体承载能能力的变化化和人们关关心的个别别参数或指指标的变化化等，以便便为结构物物的工作状状态和安全全评估提供供基础数据据，并为结构物物的设计和和养护提供供科学可靠靠的数据支支持。数据据采集方案案的确定以以实现上述述目的为原原则，同时考虑虑数据采集集方案在很大程度度上对系统要求求与数据库库容量的依依赖。理论与试验都证证明，结构构的动力特特性与结构构损伤和结结构整体工工作性能的关系系较为明显，且对结构的的动力特性性进行实时时的监测有有利于了解解结构损伤伤的发生和和结构整体体的工作状状态。另外外，一般结结构损伤的的变化虽然然很缓慢，但但重大结构构损伤的发发生往往具有突然性，且且后果较为为严重。对于重大大结构损伤伤的发生我我们希望能尽快快掌握损伤伤发生的情情况以便采采取积极的的应对措施施。因此对对于动态数数据的采集集应一天24个小时连连续不间断断的进行。根据以上分析，动态监测由于需要连续不间断的进行，因此其数据量远大于静态监测的数据量，动态数据的采集是确定数据采集方案时应考虑的重点。XX湖特大桥健康监测系统的数据采集方案确定如下：对于梁端及支座座位移数据据的采集采采用定时和和人工指令令的方式进进行。考虑虑XX湖特大桥健健康监测系系统硬件的的性能和软软件估计的的运行速度度，确定一一天中定时时采集的时时间间隔为为一个小时时，即每天天采集24次，数据据的采集在在每天的时时钟整点数数时进行。这这样可以保保证每次采采集的数据据在下一次次采集前分分析完毕，不不会造成数数据的堆积积，以使系系统能有效效稳定的工工作，并便便于用户及及时的看到到分析结果果，了解桥梁梁的总体工工作状态。动态数据的采集集采用连续续的方式进进行。3.数数据的提交交动态数据据是连续采采集后形成成的数据，这这些数据的的主要目的的是进行桥桥梁状况动动态分析，而而且这些数数据量很大大。如果将将其完全提提交到数据据库中，会会占用很大大的空间，且且对于有些些反映桥梁梁正常状况况的数据，保保存下来的的意义不是是很大，所所以这些数数据应该根根据分析的的结果来决决定是否提提交到数据据库中。即即在某段动态数据采集后后，将这些些数据暂存存下来，然然后进行分分析，如果果分析的结结果表明这这些数据没没有提交到到数据库的的必要，则则将这些动动态数据丢丢弃。反之之，如果分分析的结果果表明这些些数据有提提交到数据据库的必要要，则将这这些数据提提交到数据据库中。4.数数据采集系系统的自诊诊断数据采集系统连连接了十个个监测子系系统的大量量传感器，以以及多种接接口卡、上上百根线缆缆及线缆接接头，它们们在长期的的工作中肯肯定会出现现各种各样样的问题，从从而导致数数据采集子子系统不能能正确得到到数据。自自诊断子系系统的作用用是对各种种传感器的的状态进行行测试与智智能判断，从从而发现传传感器出现现的问题并并及时记录录下来。以以便供系统统管理员查查阅，从而而能够及时时发现问题题，采取措措施减轻管管理负担。§3.3XX湖特特大桥数据据预处理和和数据传输方方案3.3.1数据据的预处理理数据预处理系统统主要包含含动态数据据实时统计计、伪信号号的干扰识识别等预处处理。对于于动态实时时采集数据据，根据相相关准则进进行统计计计算、保存存统计计算算结果、刷刷新动态数数据，并在在发生异常常的情况下下，将异常常情况发生生前后一段段时间内的的动态数据据保留到数数据库中。伪伪信号的干干扰识别则则是根据预预定的识别别模式，对对各数据采采集子系统统采集到的的原始数据据进行计算算，剔除数数据采集和和传输过程程中因干扰扰引起的异异常值，并并将能反映映检测项的的数据传给给数据库。按照该方案，本本系统一年年动态数据据的存储量量约为650MMB，考虑到到不可预见见的因素，动动态数据的的采集量不不会超过800MMB。再加上上静态数据据的采集存存储量和分分析结果的的保留存储储，系统工工作一年总总的数据存存储量可以以控制在2GB以内。3.3.2基于于TCP//IP协议的高高可靠性数数据传输方方案在XX湖特大桥健健康监测系系统中，保保证数据的的可靠传输输是非常重重要的。要要实现从数数据采集系系统到数据据库管理系系统之间的的数据传输输，并保证证系统的可可靠性和可可扩展性，最最好是利用用桥梁结构构健康监测测系统构造造的内部局局域网来实实现数据传传输，如以以太网、NNOVELL网等，这这些方案主主要基于TTCP／IP技术进进行工作。数据传输模型如图3.3图3.3数据传传输模型1.TTCP/IIP协议模型型TCP／IP协协议集确立立了Intterneet的技术术基础。TTCP／IP的发展展始于美国国DOD((国防部)方案。IAAB(Innternnet架构构委员会))的下属工工作组IEETF(IInterrnet工工程任务组组)研发了其其中多数协协议。IAAB最初由由美国政府府发起，如如今转变为为公开而自自治的机构构。IABB协同研究究和开发TTCP／IP协议集集的底层结结构，并引引导着Innternnet的发发展。TCCP／IP协议集集记录在请请求注解((RFC))文件中，RRFC文件件均由IEETF委员员会起草、讨讨论、传阅阅及核准。所所有这些文文件都是公公开且免费费的，且能能在IETTF网站上上列出的参参考文献中中找到。TCP／IP协协议覆盖了了OSI网络络结构七层层模型中的的六层，并并支持从交交换(第二层)诸如多协协议标记交交换，到应应用程序诸诸如邮件服服务方面的的功能。TTCP／IP的核心心功能是寻寻址和路由由选择(网络层的的IP／IPV66)以及传传输控制((传输层的的TCP、UDP)。2.数据传输输系统常见局域网系统统通过网络络设备实现现节点通信信，其网络络通信可靠靠性比较薄薄弱，易产产生通信瓶瓶颈，无法法保证报文文的实时性性。为了解解决商业局局域网的不不足，提高高网络的性性能，就必必须设计出出可靠的网网络信息载载体，使用用高性能的的网络通信信设备。所所以从操作作系统、网网络传输载载体和网络络设备等方方面分析其其安全可靠靠性，提出出增强局域域网的传输输性能、可可靠性能的的方法。（1）操操作系统虽然人们们已开始意意识到系统统安全的重重要性并已已研究、采采取了各种种系统安全全技术、措措施以提高高防御能力力，但保证证安全的基基本环节往往往被很多多人所忽略略，即操作作系统本身身的安全性性问题。操作系统是设备备安全的核核心，它既既是网络通通信和应用用软件安全全的坚实基基础，又是是硬件的不不安全因素素的屏蔽器器，操作系系统的不安安全不仅仅仅会影响上上层网络通通信及应用用软件的安安全，而且且会造成整整个信息系系统陷入瘫瘫痪。（2）双双冗余网络络工作原理理冗余是重重复配置系系统的一些些部件，当当系统发生生故障时冗冗余配置的的部件介入入并承担故故障部件的的工作，由由此减少系系统的故障障时间。传统的局域网技技术是基于于共享访问问方式的，网网络中常常常遇到带宽宽不足或瓶瓶颈问题，随随着网络节节点的增加加，网络的的介质访问问采用竞争争方式CSSHA／CD，发生冲冲突时网络络报文延迟迟时间成指指数增加。双双冗余网络络是指网络络收发器、网网络传输介介质、数据据交换设备备组成两个个网络信息息冗余通道道，此两个个网络通道道分别为通通信主通道道、备用通通道，在网网络无故障障工作的情情况下，网网络上的计计算机通过过主通道交交换网络报报文，当主主通道的网网络传输介介质或数据据交换设备备损坏不能能工作时，计计算机自动动从主通道道切换到备备用通道工工作。（3）通通信设备交换技术的网络络解决了传传统网络不不足，交换换网络能提提高网络的的性能及简简化网络的的操作管理理。§3.4XX湖湖特大桥基基于数据可可靠性分析析的数据库库管理方案案XX湖特大桥健健康监测系系统设计传传感器有近近百个传感感器，每个个传感器采采集的数据据最终都要要提供给系系统作为桥梁结结构安全评评估的依据据，可靠数数据的重要要性在前面面已阐述过过，所以XXX湖特大桥健健康监测系系统数据库库设计的重重点是保证证数据的可可靠性。3.4.1数数据库设计计数据库设计(DDatabbaseDesiip)是指指对于一个个给定的应应用环境，构构造最优的的数据库模模式，建立立数据库及及其应用系系统，使之之能够有效效地存储数数据，满足足各种用户户的应用需需求(信息要求求和处理要要求)。在数据据库领域内内，常常把把使用数据据库的各类类系统统称称为数据库库应用系统统。（一）数据库和信息息系统1.数据库是信息系系统的核心心和基础，把把信息系统统中大量的的数据按一一定的模型型组织起来来，提供存存储、维护护、检索数数据的功能能，使信息息系统可以以方便、及及时、准确确地从数据据库中获得得所需的信信息。2.数据库是信息系系统的各个个部分能否否紧密地结结合在一起起以及如何何结合的关关键所在。3.数据库设计是信信息系统开开发和建设设的重要组组成部分。4.数据库设计人员员应该具备备的技术和和知识：数数据库的基基本知识和和数据库设设计技术，计计算机科学学的基础知知识和程序序设计的方方法和技巧巧，软件工工程的原理理和方法，应应用领域的的知识。（二）数据库设计的的特点数据库建设是硬硬件、软件件和干件的的结合，三三分技术，七七分管理，十十二分基础础数据，技技术与管理理的界面称称之为“干件”，数据库库设计应该该与应用系系统设计相相结合。结构(数据)设计：设设计数据库库框架或数数据库结构构；行为(处理)设计：设设计应用程程序、事务务处理等，结结构和行为为分离的设设计。传统的软软件工程忽忽视对应用用中数据语语义的分析析和抽象，只只要有可能能就尽量推推迟数据结结构设计的的决策，早期的数数据库设计计致力于数数据模型和和建模方法研究究，忽视了了对行为的的设计。3.4.2数数据库管理理系统数据库管理系统统是整个健健康监测系系统的重要要组成部分分之一，其其主要任务务是对数据据采集系统统采集的数数据进行存存储、查询询、备份，同同时，还根根据系统需需要，实现现对于数据据的预处理理、远程动动态采集等等任务。所所以，根据据数据库管管理系统结结构功能分分析，数据据库管理系系统设计应应该从以下下几个方面面来考虑：：（1）数据库管理系系统(DBMSS)的选择择数据库管理系统统(DataabaseeManaagemeentSysttem)是是一种操纵纵和管理数数据库的大大型软件，是是用于建立立、使用和和维护数据据库的，简简称DBMMS。它对对数据库进进行统一的的管理和控控制，以保保证数据库库的安全性性和完整性性。用户通通过DBMMS访问数数据库中的的数据，数数据库管理理员也通过过DBMSS进行数据据库的维护护工作。它它提供多种种功能，可可使多个应应用程序和和用户用不不同的方法法在同时或或不同时间间访问数据据库。XX湖特大桥健健康监测系系统所有采采集的数据据经过处理理后最终将将被存储在在数据库中中，目前广广为使用的的是关系数数据库，关关系数据库库以关系模模型为数据据模型，采采用三级模模式结构，实实现了高效效的数据管管理和查询询。现阶段段有许多数数据库产品品，如Orraclee、Sybaase、Infoormixx、MicrrosofftSQLSServeer、MicrrosofftAcceess、VisuualFoPro等产品品各以自己己特有的功功能，在数数据库市场场上占有一一席之地。由由于本系统统选用Wiindowws20000Servver作为为运行平台台，与Wiindowws20000Servver紧密密结合的是是微软的数数据库产品品MicrrosofftSQLLServver20000，该该产品是一一种运行于于微机环境境的大型关关系型网络络数据库。且且与Winndowss20000Servver均为为同一个公公司的产品品，因此它它与操作系系统的结合合程度是其其他数据库库产品无法法比拟的。MicrosooftSQQLServver20000与所所有关系数数据库一样样，都提供供了强大的的数据查询询功能，不不仅可以直直接查询数数据表中的的数据，还还可以根据据要求，在在表的基础础上建立视视图，通过过视图，可可以屏蔽表表的具体结结构，更能能方便用户户对数据的的查询。（2）数据存储数据库的设计需需要经过需需求分析、概概念结构设设计、逻辑辑结构设计计、数据库库物理设计计、数据库库实施等阶阶段。本系系统中数据据流程较为为简单，故故只给出数数据表的设设计。所有有采集回来来的数据可可以按采集集的目的分分为几大类类，比如温温度类，挠挠度类等，设设计表格时时可以据此此为每个大大类建立一一张表格，而每每张表格除了为为每个传感感器建立对对应的属性性以外，还还增加时间间属性，并并设其为主主关键字，以以便于同其其它类数据据进行关联联，同时由由于有动态态采集和静静态采集两两种采集方方式，为便便于数据的的管理和查查询，分别别为其建立立两套表格格。数据的存储分两两种状态进进行，一种种是正常状状态下的存存储，一种种是特殊状状态下的触触发存储。在正常状态下数数据经过分分析后有必必要保留的的数据将被被存储起来来。正常状状态下被存存储的数据据包括车辆辆荷载超过过事先设定定阈值时采采集到的数数据；每天天固定时段段或环境温温度最高或或最低时采采集到的数数据；实测测某结构响响应量超过过事先设定定阈值时，采采集到的监监测数据。在特殊状态下，当当操作人员员认为有必必要时，也也可人工触触发进行数数据采集，并并存储采集集到的数据据。（3）用户管理分类类和安全性性考虑通常情况下，考考虑由于使使用用户的的类型，为为此设置了了两种用户户类型，分分为一般用用户、超级级用户，在在数据库中中对用户权权限进行了了划分，并并具有基本本的增加、删删除和修改改等功能。一一般用户只只具有对于于数据库的的查询等操操作功能，而而超级用户户具有对于于数据库的的所有操作作功能。（4）数据备份及设设备的选型型数据备份是将总总监控室主主机上运行行的数据库库的所有数数据进行备备份，分为为自动和手手工两种形形式。自动动为定时备备份，可以以在系统设设置中设置置定时的时时间；手工工备份是操操作人员任任意时刻按按照需要都都可以把当当时的所有有数据备份份起来。不不论那种备备份方式，当当数据备份份后，备份份文件名为为数据的起起始和终止止日期，操操作人员可可以将该数数据作为数数据档案编编好号存储储在光盘上上。可供选择的设备备有：光盘盘库、光盘盘机、磁带带记录机。光盘库容量大，HP2200MX容量可达2165．8GB，HP220MX容量可达218．4GB，搜索速度快，但价格高；光盘机一张光盘容量可达9．1GB，一张盘上搜索速度快，价格适中，但需人工换盘；磁带记录机容量大，搜索速度慢，价格适中。另外，为了本系系统的扩展展并方便用用户管理与与系统的后后续发展，数数据库备有有功能模块块的扩展功功能，以便便在适当的的时候以适适当的方式式增加大桥桥管理数据据库模块和和大桥维护护数据库模模块。其中中大桥管理理数据库模模块可以考考虑记录与与管理大桥桥人员、设设备、材料料、原始设设计与施工工数据；大大桥维护数数据库模块块可以考虑虑保存大桥桥故障及维维护记录，包包括维护时时间、维护护原因、维维护方法、维维护的人力力和财力以以及材料的的使用、维维护结果等等。§3.5XX湖湖特大桥健健康监测数数据差错控控制方案XX湖特大桥健健康监测系系统中布置置的传感器器类型和数数量较多，再再加上桥梁梁结构实时时监控的需需要，桥梁梁结构健康康监测系统统每天都要要采集大量量的结构数数据。其中中，传感器器输出的桥桥梁结构状状态信息中中，传感器器失效引起起的失真信信息、结构构故障产生生的失常信信息、外界界干扰引起起的异常信信息是混杂杂在一起，它它所涉及的的技术基础础跨越了不不同专业领领域，因此此单纯依赖赖某一专业业的人员，都都是难以达达到目的的的。再加上上从数据采采集、传输输，到结构构安全评价价的每一个个环节都可可能导致数数据失真，因因此必须从从系统高度度来全盘考考虑解决数数据失真的的问题。数据差错控制技技术针对数数据在传输输信道中传传输由噪声声引起的失失真问题，提提出了差错错控制机制制，即查错错和纠错的的方法，很很好的解决决了数据在在传输信道道中传输由由噪声引起起的失真问问题。因此此，将数据据通信中的的差错控制制思想，引引入到XXX湖特大桥健健康监测系系统，以此此来提高系系统中的数数据可靠性性，即根据据某种算法法来识别失失真数据((检错)，将失真真数据从系系统信息中中分离出来来，并利用用某种算法法来恢复失失真数据((纠错)，把差错错限制在尽尽可能小的的允许范围围内的技术术和方法，从从而从根本本上解决系系统中的数数据可靠性性问题。3.5.1数据据差错控制制的必要性性桥梁结构健康监监测系统中中所有的数数据失真问问题，大多多是由信息息获取环节节的硬使用用寿命的仪仪器设备去去监测具有有数十、上上百年服役役年限的桥桥梁，两者者之间本身身就存在巨巨大的寿命命差距，一一旦监测仪仪器设备出出现故障或或失效，它它将无法保保证为后续续的安全评评价提供客客观，正确确、无误的的原始信息息，从而会会对桥梁结结构健康监监测的最终终评价结果果产生严重重影响，导导致对桥梁梁结构事故故预兆的漏漏报或误报报、甚至使使整个系统统失去作用用。因此，硬硬件监测仪仪器设备自自身的可靠靠性及使用用寿命问题题，导致了了桥梁结构构监测系统统一系列的的数据失真真与变异问问题。3.5.2数据据差错控制制机制XX湖特大桥健健康监测系系统数据差错控控制应该包包含整个桥桥梁结构状状态监测系系统的各个个环节，涉涉及信息获获取环节、信信息传输环环节、安全全评估环节节三个方面面，每个环环节不仅明明确分工，而而且紧密联联系，保证证最后交给给评估环节节数据的正正确性和完完整性。（1）数据采集的差差错控制信息获取环节是是采集数据据的关键环环节，据统统计约900％的失真真数据是在在传感器系系统采集数数据过程中中产生的，所所以在信息息获取环节节要有更加加严格地差差错控制机机制。在数据采集系统统，由于获获取的数据据要被立即即传输到远远程终端，所所以数据只只能通过阈阈值来检查查是否错误误。当数据据出现错误误的时候，最最好的纠错错方法就是是重新采集集数据，获获取新的数数据。但是是由于数据据与时间有有很强的关关联性，所所以通过启启动延时机机制来保证证数据应该该与其他正正确的数据据在一个大大致合理的的范畴内。（2）数据传输系统统的差错控控制机制在数据传输环节节，一般都都是依靠成成熟的局域域网技术中中的差错控控制机制来来保证数据据的正确性性，主要通通过自动重重新发送((ARQ))来保证数数据的正确确性和合理理性。该环环节重点解解决数据传传输过程中中产生的失失真，即保保证数据原原样从信息息获取环节节传输到安安全评估环环节，不叠叠加新的失失真。（3）安全评估系统统的差错控控制机制安全评估是数据据处理的最最后一个环环节，从数数据采集系系统采集的的数据通过过数据传输输信道传输输到这里预预先存储起起来，由安安全评价驱驱动针对存存储的数据据对桥梁结结构状态的的某一段时时间的健康康情况进行行分析评价价。前面两个个环节没有有处理或没没有发现的的错误数据据全部汇聚聚到这个环环节，很难难判断数据据失真的原原因，有些些错误可能能由前面两个个环节的叠叠加造成。而即即使发现了了错误，也也不能启传传感器系统统重新采集集数据，因因为此时采采集的数据据的时间和和错误数据据的时间已已经差异较较大，所以以该环节是是整个系统统差错控制制的关键。§3.6XX湖湖特大桥健健康监测系系统数据分分析及安全全评估方案案3.6.1.大大桥安全评评估系统的的主要功能能安全评估系统作作为XX湖特大桥状状态监测及及健康诊断断系统的核核心部分之之一，主要要目标是对对大桥整体体及关键部部位进行状状态评估和和安全预警警。为此，在在充分响应应招标文件件技术规范范中对系统统功能要求求的基础上上，评估系系统将为用用户提供如如下的功能能：（1）荷载状况及结结构状态记记录功能该功能的主要作作用是记录录日常的监监测数据，记记录的主要要数据有如如下几类：：a.用于确定桥桥梁结构实实际运营荷荷载水平的的荷载状况况，目的是是对桥梁结结构使用工工作性能进进行评估提提供明确的的已知输入入；b.用于判断桥梁结结构使用工工作状况，评评估桥梁结结构的安全全可靠度及及使用寿命命的应力、变变形、变位位等响应量量及其变化化过程；c.用于结构振动响响应的监测测分析、掌掌握结构动动力性能及及其变化规规律的结构构动力特性性参数及其其演变过程程。目的是是分析结构构发生的损损伤，预报报结构可能能存在的隐隐患或性能能退化等；；d.桥梁运营过过程中所处处的环境条条件，如温温度、湿度度、地震等等。（2）安全预警功能能对大桥整体及关关键部件的的安全状况况进行评估估、对结构构安全状态态的重要变变化预警并并编制预警警日志和报报警。评估估系统将每每天自动评评估结构行行为，在桥桥梁出现不不安全征兆兆时，自动动发出预警警。同时评评估系统也也能实现人人工实时评评估的功能能，即人工工指定一次次或一天的的监测结果果让评估系系统进行评评估。因此此，本系统统集成了自自动、人工工、定时及及实时评估估的功能。（3）突发事件的监监测数据保保存及回放放功能在XX湖特大桥监监测系统中中，动态监监测子系统统，包括加加速度传感感，动态应应变传感器器每天244小时处于于工作状态态，随时监监测大桥在在不同荷载载工况及环环境影响下下的结构行行为，突破破以往监测测系统只在在有限的时时间内对结结构进行监监测的传统统，实现对对桥梁结构构“全天候”的监测。因此可以以在车船撞撞击、大风风、地震或或整体超载载等突发事事件中自动动启动其它它的监测子子系统，对对结构响应应进行记录录，同时编编制突发事事件报表，为为以后研究究桥梁的结结构行为提提供第一手手资料。（4）统计功能对动态测试数据据进行统计计，确定其其在一定时时间内的统统计量，如如均值、最最值等；对对静态测试试数据进行行统计，确确定其在一一周或一个个月内的统统计量。（5）附加功能该功能是一项辅辅助功能，包包括对前面面四种功能能的可视化化；报表的的自动生成成及打印；；方便快捷捷的查询、修修改功能；；实时帮助助功能。3.6.2大桥桥安全评估估的总体方方案由于以下原因：：结构的应应变监测仅仅能反映结构的局部部信息，而而变形是结结构整体性性能的综合合反应；桥梁的振振动特性易易受边界条条件、温度度和湿度等等因素影响响，而且结结构动力响响应在低幅幅值区受非非结构构件件(伸缩缝、栏栏杆等)干扰较大大，不易准准确测量；；XX湖特大桥主要要承受车辆辆荷载，所所以桥梁的的反应以竖竖直面为主主，另外对桥梁梁进行空间的的监测需要要增加大量量的传感器器及二次仪仪表。所以以根据简便便适用、稳定定可靠的原原则，在借借鉴目前安安全评估方方法最新研研究及应用用成果的基基础上，结结合XX湖特大桥的受受力特征，对对该桥的安安全状态评评估提出了了“结构整体体性能评估估为主，局部部指标评估估为辅；实时动态监监测和定期期人工检测测综合评估估”的总体方方案。1.安安全评估的的目的及内内容桥梁结构破坏可可以分为两两类：突发发事件(如强烈地地震、风灾灾等)引起的破破坏，以及及逐渐发展展的累积损损伤。前者者的发生时时间及破坏坏部位是已已知的，因因此，可以以立即封桥桥，在有限限的时间内内完成检查查、维修和和加固。累累积损伤对对桥梁结构构的破坏在在初期表现现不太明显显，并不危危及桥梁的的安全，但但当桥梁结结构的抗力力降低到一一定限值后后，很容易易引发重大大安全事故故，而这类类破坏无法法靠人工检检测预警。健康康监测系统统无法对突突发事件引引起的破坏坏进行安全全预警，但但对累积损损伤却能比比较有效地地实施监测测及评估，因此此桥梁结构构安全评估的目的的是针对桥桥梁的累积积损伤进行行安全预警警。目前桥梁的健康康监测，均是基基于有限点点的监测，对对于未监测测的构件或或传感器无无法监测的的破坏(如钢筋锈锈蚀、梁体体开裂等)仍需人工工检测来完完成。XXX湖特大桥健健康监测系系统在评估估时，同时时依靠传感感器自动监监测系统和和人工检测测得到的数数据，在结结构出现安安全征兆时时及时预警警。2.安安全评估方方法桥梁的安全状态态评价技术术是桥梁运运行状态监监测与健康康诊断系统统的关键技技术和难点点之一。目目前结构评评估方法主主要分为综综合评估和和动力评估估两大类，其其中动力分分析方法主主要有基于于频谱、变变形模态和和应变模态态等几种；综合分析析方法中最最具代表性性和适用性性的有分层层综合分析析法、专家家系统法、神神经网络法法等。(1))层次分析析评估系统统的评定方方法a.两两个子系统统的评估方方法在监测初期，采用用“统计分析析+模式识别”的评定原则。对监测数数据进行统统计分析，找找出具有一一定可靠度度下的监测测值作为实实测值，然然后使用细细化的基准准有限元模模型，找出出与结构破破坏密切相相关的某些些监测状态态量作为一一种模式，通通过对这些些监测状态态量(模式)的判断评估结构的的安全状态态。在监测系统运行半半年左右，积积累了一定定的数据后后，将增加加趋势预测测法作为一一种新的评评估手段。采采用上一周周监测数据据对本周情情况进行趋趋势预测，如如预测值与与监测值出出现较大偏偏差，则认认为某个部部位或结构构整体出现现了破坏。b.大大桥局部的的评估方法对大桥两端伸缩缩缝及支座座处的安全全评估属局局部安全问问题，在这两处处均只监测测位移，因因此采用阈阈值对比法法进行安全全状态评估估。(2)动动态评估的的评定方法法采用频率比、阻阻尼比的综综合指标作作为“动力指纹”对全桥进进行动态评评估，其最最终“动力指纹”的选取有有待对具体体监测数据据分析处理理后，从中中找出比较较敏感的指指标。(3))综合评估估的评定方方法在XX湖特大桥的的评估系统统中，层次次分析评估估系统与动动态评估系系统各自独独立。层次分析析评估系统统通过综合合两个子系统统及局部状状态的评估估结果得出出一个得分分，然后与与动态评估估的得分通通过数据融融合得出大大桥最终的的安全状态态评估结果果。从已有的桥梁事事故来看，一一个关键部部位或部分分结构的损损伤可能给给全桥的安安全状态带带来灾难性性的后果。根据XX湖特大桥的受受力特点，在在用层次分分析法和动动态评估方方法进行数数据融合时时，应遵循循以下的原原则及步骤骤：a.当大桥静态态评估的两两个子系统统其中之一一或动态评评估的评估估值达到报报警状态时，不再进进行数据融融合，直接接进行全桥桥报警；b.当大桥静态态评估的两两个子系统统、局部状状态评估值值或动态评评估的评估估值中的两两个或以上上达到警告告状态时，不再进进行数据融融合，直接接进行全桥桥报警；c.当大桥静态态评估的两两个子系统统、局部评评估值或动动态评估的的评估值均均不处于以以上状态时时，评估系系统对大桥桥进行整体体综合评估估。大桥的的综合评估估采用加权权法进行。3.大大桥安全状状态分级方方案根据XX湖特大大桥的实际情况,将安全等级级分为三级级：提醒、警告、报警。提醒状态表明桥桥梁的部分分结构出现现轻微损伤伤，但结构构整体仍能能处于正常常的工作状状态，需要要密切关注注损伤部位位和损伤的的发展。警告状态表明桥桥梁的部分分结构或关关键部位出现了一定程度度的损伤，桥桥梁需要维维修才能满满足使用要要求，应该该限载通行行且对桥梁梁进行全面面的检查。报警状态表明桥桥梁的部分分结构或关关键部位出出现了严重重功能退化化，应立即即关闭交通通，桥梁必必须经过加加固或者大大修才能继继续使用。3.6.3XXX湖特大桥健健康监测系系统动态安安全评估方方案XX湖特大桥的的安全状态态评估结果果取决于层层次分析法法与动态评估估的结果。1.大大桥理论模模态分析根据建立的初始始有限元模模型分析全全桥的理论论频率和振型，并对对各阶振型型做相应的的描述，确确定各阶振振型的振动动形式。2.大大桥的动态态评估动态评估是从监监测得到的的数据中进进行模态识识别得到模模态参数（即即通常所说说的“动力指纹”），然后后通过“动力指纹”变化的大大小来判断断全桥的安安全状态。对输入未知的模模态参数的的识别方法法较多，通通过广泛的的调研认为为：峰值法法虽然识别别精度较差差，但其简简便实用，仍仍是目前在在线监测及及普通检测广广为使用的的一种方法法。因此在在系统初期期运行时使使用峰值法法实现频率率及振型的的识别，待待监测系统统运行一段段时间积累累了一定量量的数据后后，先选择择适用的小小波函数用用小波分析析对加速度度的原始信信号进行滤滤波，再使使用随机子子空间法或或其他较为为适用的方方法进行模模态参数的的识别。具具体步骤为为：(1)用离散傅里里叶变换((DFT))将实测的的加速度数数据转换到到频域后直直接求得功功率谱密度度；(2)由平均正则则化了的功功率谱密度度曲线上的的峰值来确确定特征频频率；(3)振型由传递递函数在特特征频率处处的值确定定。§3.7XX湖特特大桥健康康监测系统统其他功能能3.7.1自动动触发功能能一般的桥梁评估估系统仅对对长期性的的损伤进行行评估或仅仅记录曾经经发生过的的短期性事事故(突发事件件)，对突发发事件下桥桥梁的反应应及突发事事件对桥梁梁的安全状状态的影响响不作评估估，但已有有的经验表表明：桥梁梁遭受非常常规突发事事件时可能能损坏，其其能承受突突发事件的的能力是桥桥梁是否安安全的重要要标志。因因此对突发发事件下桥桥梁反应的的监测及安安全评估是是必不可少少的。检测系统中动态态传感器是是全天候运运行的，传传感器不断断地把检测测得到的数数据传输给给监控中心心的计算机机并存储于于数据库。监监控中心的的计算机系系统设计有有自动触发发模块，当当动态传感感器检测到到的数据传传输到监控控中心的计计算机时，自自动触发模模块将对数数据进行以以下处理：：1.将各个传感感器上的数数据同触发发阈值一一进进行比较，如如果有一个个传感器的监测数数据超过触触发阈值，将停停止数据比比较并发出出两条指令令，一条给给硬件系统统启动其他他的传感器器进行数据据采集，另另一条给计计算机的安安全评估系系统待数据据采集完毕毕后进行桥桥梁的安全全状态评估估；2.如果连续115分钟的的监测数据据均没有超超过触发阈阈值，模块块将对