DB50T 1115-2021 城市桥梁运营状态监测技术规范

ICS65.020.40DB50重庆市市场监督管理局发布前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14监测系统总体设计 25监测参数与监测点布置 36传感器模块 97数据采集与传输模块 8数据处理与分析模块 9数据管理模块 10结构安全预警模块 11系统验收 12系统运行与维护 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由重庆市城市管理局提出并归口。本文件起草单位：重庆市市政设施运行保障中心、重庆亚派桥梁工程质量检测有限公司、重庆大学、重庆交通大学、招商局重庆市交通科研设计院有限公司、中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司、重庆市城投路桥管理有限公司。本文件起草人：杨宏、蒋鸿、陈智勇、刘纲、章鹏、康衡、黄伟、胡涛、吴海军、张永水、陈斌、李琦、王戒躁、吴运宏、周逸、苗秀鹏、唐建辉。重庆市地形复杂，江河众多，城市桥梁结构类型多样，为了规范重庆市城市桥梁运营状态监测系统的设计、实施及维护，提升城市桥梁运营状态监测系统的针对性和可靠性，通过广泛调查研究、总结实践经验以及参考相关行业标准及我市相关法律、法规和相关规定，结合我市城市桥梁运营状态监测设计、实施及服务方面的实际情况，制定本文件。城市桥梁运营状态监测技术规范本文件规定了重庆市城市桥梁运营监测的系统总体设计、监测参数与监测点布置、传感器模块、数据采集与传输模块、数据处理与分析模块、数据管理模块、结构安全预警模块、系统验收、系统运行与维护技术要求。本文件适用于重庆市所辖各区、县（自治县）所在地及建制镇城市规划范围内除轨道专用桥外的运营城市桥梁。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用本文件。GB50254电气装置安装工程低压电器施工及验收规范GB50497建筑基坑工程监测技术规范GB50911城市轨道交通工程监测技术规范GB50982建筑和桥梁结构监测技术规范JGJ/T90建设领域计算机软件工程技术规范JT/T1037公路桥梁结构安全监测系统技术规程DB50/231重庆市城市桥梁养护技术规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1桥梁运营状态bridgeoperationstatus指桥梁的结构运营安全状态和所处的运营环境状态。3.2桥梁运营环境bridgeoperationenvironment指桥梁运营过程中桥址处的自然环境和工作环境。3.3桥梁运营状态监测系统bridgeoperationconditionmonitoringsystem1由传感器、数据采集与信号传输等硬件以及数据处理与分析、桥梁运营状态评估与预警等软件组成。3.4数据采集站dataacquisitionstation数据采集设备的集合。3.5预警值warningvalue针对监测量所设定的警戒值，用于表征监测对象可能发生的异常或危险状态。4监测系统总体设计4.1一般规定4.1.1运营状态监测系统的设计应遵循“实用、可靠、先进、经济”原则，确保系统长期稳定工作。4.1.2应根据桥梁结构和运营环境，结合已有病害和类似桥梁常见病害等因素，在桥梁结构力学分析的基础上有针对性地设计运营状态监测系统。4.1.3系统设计采用模块化结构，各模块或子系统之间应相对独立，并提供公共接口便于兼容，方便维护、更换、扩展和升级。4.1.4在系统软硬件正常维护和更换条件下，运营状态监测系统应与被监测的桥梁结构剩余使用寿命相同。4.1.5系统设计应考虑系统软硬件的安全措施。4.1.6系统设计应考虑硬件的维修通道，应尽量利用桥梁结构已有的检修通道。4.1.7系统设计应包含软硬件更新时的处置方案。4.2系统类别划分4.2.1城市桥梁运营状态监测系统类别应按表1进行划分。表1监测系统的类别划分监测参数全面；系统自动化、集成化和网络化程度高；能4.2.2应根据桥梁结构的重要性系数、技术状况和结构特点等因素，综合确定运营状态监测系统的类24.3系统构成4.3.1系统应包括传感器模块、数据采集与传输模块、数据处理与分析模块、数据管理模块、结构安全预警模块，并通过系统集成技术将各子系统集成为统一协调的整体。4.3.2传感器模块应包括传感器、附属设施及保护设施，应能量测桥梁结构和运营环境的状态。4.3.3数据采集与传输模块应包括采集、传输硬件设备和采集传输控制软件，能实现传感器信号的采集，并通过有线或无线方式将信号传输至信息中心，应保证数据质量。4.3.4数据处理及分析模块应包括计算机设备、数据处理和分析软件，应具备监测数据的预处理、后处理、数据分析等功能。4.3.5数据管理模块应具有对数据库进行统一管理和控制的功能，应具备数据库的建立、数据定义、数据操作、数据库维护等功能。4.3.6结构安全预警模块具备预警及运营状态信息显示等功能。5监测参数与监测点布置5.1一般规定5.1.1城市桥梁的监测参数可分为三类：a)荷载类，包括风、地震动、撞击、车辆荷载和人群荷载等；b)响应类，包括位移、应力、索力、转角和振动等；c)环境类，包括温度、湿度、雨量、腐蚀、冲刷以及交通流量、桥区监视等。5.1.2监测参数的选取应密切结合桥梁具体条件，按照表2、表3、表4、表5确定。5.1.3监测点应统筹安排、合理布设，且关键部位的监测点数量宜有冗余。5.2监测参数及监测点布置要求5.2.1梁式桥的监测参数宜根据表2选择。表2梁式桥监测参数选取○○○√△○√△○√○○△○○√√√√√√3√△○△○○△○○√△○表2梁式桥监测参数选取（续）√△○√√△√△○△○○√△○√△○√○○5.2.2拱式桥的监测参数宜根据表3选择。表3拱式桥监测参数选取○○○√△○√△○√○○△○○√√√√√√4√△○△○○表3拱式桥监测参数选取（续）△○○√△○√△○√√△√△○△○○√△○√△○√△○√○○5.2.3斜拉桥监测参数宜根据表4选择。表4斜拉桥监测参数选取风√△○√△○√△○√○○△○○√√√5表4斜拉桥监测参数选取（续）√√√√△○△○○△○○√△○√△○√√△√√△△○○√△○√△○√△○√√△√√△√○○5.2.4悬索桥监测参数宜根据表5选择。表5悬索桥监测参数选取风√△○√△○6表5悬索桥监测参数选取（续）√△○√○○△○○√√√√√√√△○△○○△○○√△○√△○√√△√√△△○○√△○√△○√△○√√△√√△√○○5.2.5不同桥型的监测点宜参照表6进行布置。7表6监测点布置部位风--跨中、1/4跨、3/4跨跨中、1/4跨、3/4跨------室室86传感器模块6.1一般规定6.1.1传感器应具有故障自诊断功能。6.1.3传感器应具有抗雷击及抗干扰（电源、电磁）的能力。6.1.4传感器模块安装应不影响桥梁结构的安全及桥梁的正常运营，且便于施工和后期更换。6.2传感器性能要求6.2.1桥梁运营状态监测系统常用传感器性能应符合表7规定。表7常用传感器的性能要求9表7常用传感器的性能要求（续）6.3传感器安装要求6.3.1传感器在安装前应进行外观检查、检验，其技术性能应符合设计要求及产品技术文件的规定。6.3.3传感器的安装位置偏差应小于设计文件要求并符合相关规程的规定。6.3.4传感器及其引出线缆应有标识并设置保护措施。6.3.5对已安装的传感器、线缆等硬件应具有防止人为破坏和雨水冲刷的措施。7数据采集与传输模块7.1一般规定7.1.1数据采集与传输设备应与相应传感器参数匹配、兼容，其精度和分辨率不应低于相应传感器。7.1.2数据采集与传输设备应设置保护、抗干扰措施，避免受温湿度、雷击、过载冲击及干扰源等环境因素的影响并防止损坏。7.1.3当需进行相关性分析时，数据应同步采集；动态数据采集的时间差应不大于0.1ms，静态数据采集的时间差应不大于3s。7.1.4数据采集站的设置应考虑数据同步采集的需求。7.1.5针对地震、撞击等特殊状态，原始监测数据应具有可追溯性。7.1.6数据采集方案应符合下列规定：a）A类监测系统应能实现定时、触发和手工采集数据；b）B类和C类监测系统应根据监测目的、监测参数类型和数据采集、传输能力综合确定采集方7.1.7触发采集的设置应符合下列规定：a）宜根据地震动、振动等动态监测值和应变、位移等静态监测值启动触发采集；b）触发阈值宜根据桥梁结构规范、桥梁结构计算和现场测试统计值综合确定。7.1.8数据采集频率应满足下列规定：a）地震动、振动监测参数的采样频率应不低于50Hz；b）应力、位移等动态监测参数的采样频率对A类监测系统应不低于20Hz；对B类和C类监测系统应不低于1Hz；对B类和C类监测系统不宜低于1/3000Hz。7.2数据采集硬件设备性能要求7.2.1数据采集硬件选型时应考虑的因素包括：a）传感器种类、数量；b）信号特征、采样频率和数据传输速率；c）信号预处理的要求；d）标准协议和标准接口。7.2.2数据采集硬件设备性能宜符合表8规定。表8数据采集硬件设备性能要求12表8数据采集硬件设备性能要求（续）347.3数据传输硬件设备性能要求7.3.1当传输距离较远时，宜采用数字信号或光纤传输技术进行传输，并考虑传输线路的可靠性、安全性和可更换性。7.3.2无线传输方式宜选用电磁波传输技术，信号发射装置和接收装置应远离强电磁干扰源。7.4数据采集与传输设备安装要求7.4.1数据采集与传输设备在安装前应进行检查、检验，确认符合监测系统设计要求及产品技术文件所规定的技术性能。7.4.2数据采集与传输设备应安装在采集箱或者控制柜中，并设置齐全、清晰的铭牌标志。7.4.3数据采集设备和控制柜的布置应不影响车辆、桥面行人以及检修人员的通行；当数据采集站和控制柜布置在通道中时，应设置有效的防撞措施。7.4.4数据采集站和控制柜内的强、弱电的端子应分开布置。7.4.5数据采集与传输设备的安装按照国家标准GB50254执行。7.5数据采集和传输软件功能要求7.5.1数据采集软件应具备以下功能：a）能根据不同采集方式进行数据采集；b）数据自动存储、缓存管理和自动传输；c）采集参数能本地或远程配置；d）能独立配置传感器个数、定时采集时刻表等参数；e）自动开关传感器与采集设备的电源；f）支持远程实时数据采集、控制与维护。7.5.2数据传输软件应具备以下功能：a）应考虑数据传输的一致性、可靠性，并满足日后系统扩展、升级的需求；b）对A类和B类监测系统，宜具备数据备份及加密功能。7.5.3系统能够进行时钟校验，其时间误差应不大于3ms。7.5.4在工作异常情况下应能自动复位。8数据处理与分析模块8.1一般规定8.1.1应进行数据去噪及数据插值等数据预处理。8.1.3处理、分析后数据保留的位数应与传感器测量精度一致。8.1.4在更换传感器后，应对更换前后数据的衔接进行处理。8.2软件设计及功能要求8.2.1数据处理与分析软件设计应遵循可靠性、高效性及可扩展性原则。8.2.2结构响应数据分析应包含下列功能：a）同类监测参数中不同传感器的监测数据之间的趋势性分析；b）响应类监测参数与环境类、荷载类监测参数之间的关联性分析。8.2.3软件应具有数据特征值统计分析功能，且各类监测参数的数据统计应符合下列要求：a）风速、风向应按日统计出平均风速和平均阵风风速；b）车辆荷载应分别按日、月、年为统计周期，给出荷载最大值，并按年给出车辆荷载极值分布；c）温湿度应分别以日、月、年为统计周期，给出最大值、最小值、平均值和累计值；d）应变、位移、裂缝宽度等静态监测参数应分别以日、月、年为统计周期，给出最大值、最小值、平均值、均方根和累计值；e）地震动应分别以日、月、年为统计周期，给出最大加速度值；f）振动应分别以日、月、年为统计周期，给出最大加速度值、加速度极值的均方根以及频率等模态参数。8.2.4数据处理分析的结果应作为结构安全预警模块的输入特征参数。8.2.5数据处理、分析后的表现形式宜符合表9的规定。表9数据表现形式表9数据表现形式（续）索（吊杆）力9数据管理模块9.1一般规定9.1.1数据管理模块应具有桥梁勘察、设计、施工、检测和养护维修记录等信息的接入功能。9.1.2数据管理模块应提供可靠的数据交换与存储平台。9.1.3数据管理模块应具备数据自动备份与恢复机制。9.1.4数据管理模块应提供开放的公共的数据接口。9.2数据库设计要求9.2.1数据库设计应遵循可靠性、先进性、可扩展性原则，并应考虑数据结构的整体性、数据库系统与应用系统的统一性。9.2.2数据库应采用模块化设计，宜按表10进行数据库模块划分。表10数据库分类12345传感器自诊断信息、存储系统运行期间所有设备和系统67施工监测测试数据和报告；历次养护维修施9.2.3原始数据库及过程数据库中的监测数据存储表宜按表11进行设计。表11监测数据存储表否是是………是…是9.2.4结构状态数据库中的安全预警结果表宜按表12进行设计。表12安全预警结果表否nvarchar(50)否nvarchar(50)否否否否否否否否bit否9.2.5系统参数数据库中的系统参数表宜按表13进行设计。表13系统参数表nvarchar(50)否nvarchar(50)否nvarchar(50)否nvarchar(50)否表13系统参数表（续）nvarchar(50)否否否9.2.6系统维护数据库中的系统自诊断状态表宜按表14进行设计。表14系统自诊断状态表否否否否9.2.7桥梁信息数据库中的桥梁信息表宜按表15进行设计。表15桥梁信息表Namenvarchar(50)否nvarchar(50)否否否否……………否9.2.8施工监控数据库中的施工监测记录表宜按表16进行设计。表16施工监测记录表否否nvarchar(50)否否否9.3数据管理机制要求9.3.1宜采用基于数据库的数据管理方法，并提供方便的接口和完整的数据控制功能。9.3.2宜采用成熟的关系型数据库，具有字符界面和图形界面，易于开发维护。9.3.3应具有用户权限控制功能，并具有监控数据库运行状态、自动调整数据缓冲区大小的功能。9.3.4应能定义数据存储的有效区间，具备快速提交、成组提交、多块读出与写入技术，减少输入输9.3.5当数据库的状态出现异常时应自动给出提示，并自动给出相应的操作建议。9.3.6数据库应进行备份。9.3.7应提供公共数据接口。10结构安全预警模块10.1一般规定10.1.1应结合桥梁检测、管养数据进行结构安全评估和预警。10.1.2A、B类运营状态监测系统应自动给出结构安全评估报告，每年不少于2次；C类运营状态监测系统宜给出结构安全评估报告，每年不少于1次。10.1.3针对结构各类监测参数应建立两级预警指标：a）一级预警表示桥梁出现异常情况，需密切关注桥梁结构环境和响应，并采取适当措施以确保桥梁的安全运营；b）二级预警表示桥梁可能出现异常情况，需加强桥梁结构环境和响应的监测频次，并加强人工观测。10.1.4应能根据结构安全评估结果或预警指标实现自动预警。10.1.5当桥梁遭受突发事件时，应立即进行结构安全评估。10.2结构安全评估10.2.1结构安全评估可采用层次分析法、模糊理论法