大桥健康监测系统规划建设方案.pptx

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1、大桥健康监测 系统觃划建设斱案 目录 2 一、绪论 二、 XX大桥结构健康系统设计简介 三、 XX大桥结构健康监测系统安装 四、 XX大桥结构健康监测结果初步分析 五 、 XX大桥环境振动测试丌安全评估 六、 XX大桥安全性综合评估模型 七、 XX大桥安全预警斱法 八、 XX大桥安全预后斱法 九、结论丌展望 一 、 绪 论 桥梁健康监测意义 桥梁结构的 正常 使 用 ， 甚 至造 成 灾难 性 的重 大 事故 。 设计缺陷 塔 克马 大 桥 超载 宝 山 寺 大 桥 船撞事 故 九 江大 桥 对于重要的桥 梁结 构 ， 如 果 不对 桥 梁结 构 的健 康 状态 进 行长 期 的实 时 监测

2、， 就难于 及时发现并 消除 结 构的 安 全隐 患 ， 一 旦 结构 局 部失 效 或整 体 承载 能 力不 足 ， 势 必 会影响 因此 ， 为了确 保大 型 桥梁 结 构的 使用安全性 和耐 久 性 ， 减 少或 避 免国 家财产 、 人 们生 命 的重 大 损伤 ， 进行 大型桥梁结 构的 健 康监 测 是大 势 所趋 ， 并具有一 定的 意 义 。 大型桥梁健康监测意义 监测与评估 设计验证 研究与发展 正 结 结 常 构 构 运 状 性 营 态 能 监 识 评 测 别 估 设 计 模 型 验 证 设 计 理 论 改 进 新 型 设 计 方 法 环 境 荷 载 建 模 桥 梁 力 学

3、 问 题 控 制 与 评 估 技 术 安全评 估方法 方法 描述 优缺点 常 规 综 合 评 估 结 合层 次 分 析法 通 过构 建 判断 矩 阵确 定 各指 标 合理 权 重 系数 ， 然 后运 用 常权 平 均或 变 权平 均 和两 者 混 合的 权 值计 算 法 进行 加 权的 综 合评 估 ， 对 多 指标 定 量评价 在 进行 桥 梁 结构 技 术状 态 评估 研 究的 初 期 ， 常 规综 合 评估 方 法对 研 究工 作 的开 展 起 到了 很 好 的奠 基 作用 ， 且是 目 前既 有 桥梁 评 估应 用 中的 主 流 。 但 对于 很 难 用定 量 方法 描 述 的事 物

4、， 该 方 法的 可 靠性 和 评估 精 度容 易 受参 评 人员 主 观因 素 影响 模 糊 综 合 评 估 借 助模 糊 数 学的 一 些概 念 ， 两 种 方式 ： 结 合 相关 领 域 专家 意 见 ， 得 出 相应 评 估模 型 的模 糊 推理 规 则 ， 并 在 合理 的 隶 属函 数 形式 基 础上 对 结构 状 态进 行 评价 ； 在常 规 综 合评 估 中 ， 通 过构 建 区间 数 判断 矩 阵以 考 虑 专家 主 观 的模 糊 性 ， 并 应用 概 率统 计 方法 确 定 指标 的 权重 值 较 好地 解 决 了事 物 的模 糊 性与 算 法的 确 定性 这 一矛 盾 ，

5、 能 很 好地 反 映客 观 事物 的 本 质 。 但 是 对于 选 择模 糊 运算 法 则方 法 以及 确 定隶 属 函数 形 式时 仍 不能 避 免 参评 人 员的 主 观 随机 性 和不 确 定性 等 问题 ； 而 对于 采 用 区间 判 断矩 阵 来考 虑 专家 决 策的 模 糊性 方 法也 离 不开 专 家参 评 时的 主 观性 基 于 模 型 修 正 方 法 评 估 具 有广 阔 的 应用 前 景 ， 但 仍存 在 的一 定 的问题 桥梁结构安全评估研究进展 桥梁状态评估 的 内 容 主 要包 括 安全 性 、 适 用 性 和 耐久 性 等 三 个方 面 。 安全性评估 指 对 桥

6、 梁 破 坏极 限 状态 的 评 估 ， 即 承 载能 力 评 估 或安 全 评估 ， 与 结 构和 构 件 的 极限强度 、 稳 定 性能 有 关 。 适用性评估 属 于 结 构 的 正常 使 用极 限 状 态 的评 估 ， 它 与 结 构 、 构 件 在日 常 荷 载 作用 下 的 变 形 、 振动 、 舒 适 度等 有 关 。 耐久性评估 是 对 结 构 在 正常 使 用和 正 常 维 护条 件 下 ， 判 定 结 构在 规 定的 目 标 使 用年 限 内 是 否满足安全 性 和 适用 性 的 要 求 ， 或 其使 用 寿 命 是否 满 足目 标 使 用 年限 的 要求 。 既有桥梁的安

7、 全 性 是 适 用性 和 耐久 性 的 基 础 ， 而 安全 性 和 适 用性 又 是耐 久 性 的 基础 。 一 、 绪 论 或多项预警 预警指标 实测值 红色预警 增加监测频次 返回正常值 全桥构件评估 黄色预警阈值 红色预警阈值 黄色预警 否 更新 预警指标连续 是 否 结构安全预 警 的 基 本 思 想是 通 过对 监 测 系 统实 时 、 在 线 监 测 信息 进 行数 据 分 析 ， 并 和不同层次 的 理 论安 全 限 值 进行 对 比 ， 判 断 其 是否 超 过安 全 阈 值 ， 掌 握 结构 实 时 的 安 全 状态 ； 当监 测 信 息超 限 时 ， 及时 向 桥梁 管

8、 养 人 员和 研 究人 员 进 行 报警 ， 以便 有 关 部 门 能 够第一时间 全 面 深入 地 确 认 灾害 发 生的 可 能 性 及危 害 性 ， 采 取 及 时有 效 措施 来 防 止 灾 害 的发生或减 轻 灾 害带 来 的 损 失 。 建立科学的预警 指 标 体系 是 桥梁 结 构 预 警 的 关 键 。 预警体系的实现 方 法 上可 以 分 为 无 模 型 预警 体 系 和 有 模 型 预警 体 系 。 一 、 绪 论 桥梁结构安全预警研究进展 预警 体 系 方法 描 述 无模 型预 警 体系 建立 在监 测 数据 简 单统 计 分析 的 基础 上 ， 对 桥 梁在恒 载加

9、上其 他 荷载 情 况下 结 构响 应 实时 监 测数 据 直接处 理 ， 通 过 相关 规范 、 数值 计 算 、 历史 记录 、 交 通流 量 、 环境 参数 、 结构 响 应数 据 等建 立 预 警 阈 值 。 有模 型预 警 体系 有限 元模 型 方法 对有 限元 模 型修 正 的基 础 上 ， 计 算各 种 工况 下 的的结 构响应 ， 从而 确定 预警指 标 ， 以 此判 断结构 安 全状 态 。 统计 模型 预 警法 应用 数学 统 计分 析 理论 对 监测 数 据进 行 分析 处 理 ， 检 测桥 梁结 构 异常 事 件的 发 生从 而 实现 桥 梁结 构 的 安全 预警 神经

10、 网络 的 方法 利用 历史 数 据去 自 动训 练 学习 一 个系 统 行为 模 型 ， 依 据训 练 和 学 习 的 结 果 来 预 测 未 来 。 一 、 绪 论 桥梁结构安全预警研究进展 初始物理模型 修正物理模型 结构健康监测系统 未来荷载模型 运营环境监测系统 结构健康监测模型 预后模型 初始系统信息 ： 设计 、 试验 、 维 护 、 人工监测 剩余使用寿命评估 、 失效时间评估 、 维护时间评估 基于物理模型 基于反馈数据 采取措施 、 修 正 系统信息 、 持 续运行 安全预后的概念 基于结构健康 监 测 （ SHM） 系 统 ， 在认 识 结构 性 能 退 化的 前 提下

11、， 结 合 结构 服 役历 史 和现状 ， 评 估 结 构当 前 的 安 全状 态 (进 行安 全 评 估 )， 预测 结 构 未 来的 运 行环 境 和 结 构性 能 异常 (进行安 全预 警 )， 并 通 过数 值 模拟 技 术 和 历史 经 验来 预 测 结 构未 来 的安 全 状 态 ， 以 便 于业主在结 构 养 护中 做 出 最 佳的 决 策和 维 修 更 新实 施 (实 现安 全 预 后 ) 安全 预后的 框架 一 、 绪 论 桥梁结构安全 预 后框 架 桥 梁结构 安全评估 是桥梁结构健康监测安全预后的 第一个层次 ， 其目标是结 合某次监测或检测 ， 对桥梁结构弼前的健康状态

12、 、 使用性能及安全等级进行评 价 ， 建议养护维修策略 。 桥梁结构 安全预警 是桥梁结构健康监测安全预后 的 第 二个层次 ， 其目标是在对桥梁安全评估的基础上 ， 对桥梁结构性能的异常 （ 指 标超限 ） 或者超过承载能力极限状态进行安全报警 ， 以便有关部门能采叏及时 有效措斲来防止灾害的収生或减轻灾害带来的损失 。 而桥 梁 安全预后 则是桥梁 健康监测的终极目标 （ 第三层次 ） ， 是在 安全评估 、 安全预警 的基础上 ， 预测 未来的荷载环境和结构的安全性能 ， 采叏必要的安全防范措斲 ， 实斲必要的维 修加固斲工 ， 从而在最大程度上避免重大损失的収生 ， 确保结构的基本功

13、能和 安全运行 。 一 、 绪 论 桥梁结构安全预后与安全评估 、 安全预警的关系 以长深高 速 (G25)XX段 XX大桥 健 康监 测 为背 景 ， 通 过 实时 监 测和 分 析 ， 建 立预 应 力 混凝 土斜拉桥运营状态的安全预后 斱 法 ， 对 斜拉 桥 运营 过 程进 行 安全 评 估 、 安 全预 警 以及安 全 预后 ， 便亍科学地实斲桥梁预防 性 养 护 。 主要 研 究工 作 有 ： 1. 结合 XX大桥的特点 ， 进 行 XX大 桥 健 康 监 测 系 统 整 体 设 计 和 实 桥 监 测 系 统 的 安 装 调 试 工 作 ， 幵对健康监测测试数据进行 初 步分 析

14、 。 基 亍 环境 振 动测 试 结果 对 XX大 桥有 限 元 模 型进行了模型修正 ， 建立能够反 映 XX大 桥实 际 状态 的 基准 有 限元 模 型 ， 幵 进行 静 动 力 计算为 XX大桥安全评估和预警 建 立阈 值 。 2. 基亍丌确定层次分析法 、 群判断 、 集 值统 计 原理 、 収权 综 合理 论 以及 熵 值法 理 论建 立 淮 安大桥安全性评估综合斱法 ， 幵进 行 实桥 运 营状 态 的安 全 评估 。 3. 采用联合基准有限元模型和支持向 量 机模 型 的综 合 预警 体 系 ， 幵 基亍 XX大 桥 健康 监 测 系统实测数据以及安全评估模型指 标 体系 中

15、相应 指 标 ， 对 XX大 桥安 全 预警 斱 法进 行 研 究和探讨 ， 幵构建 XX大桥安全预 警 体系 。 4. 采用极限学习机 、 模糊神经网络和 小 波神 经 网络 等 改进 后 神经 网 络的 组 合 ， 幵 运用 到 混 合高斯粒子滤波器的算法中 ， 建立 动 态模 型 ， 幵 采 用粒 子 滤波 斱 法 ， 贝 叶斯 斱 法和 一 次 二阶矩斱法 ， 对 XX大桥进行在线 安 全预 后 。 一 、 绪 论 主要 研 究 内 容 XX大 桥桥跨布置图 二 、 健康监测系统设计简介 XX大桥主 桥 为 152m+370m+152m三跨一联 预 应 力混凝 土 双塔双 索面 全漂

16、浮 体 系 斜 拉 桥 。 主 梁 采 用双边箱断 面 ， 主梁中心高 3.2m， 桥面宽 38.6m， 桥 面 板 厚 0.3m， 桥面 板设 2%的 双 向横 坡 。 主梁 标 准 段 长度为 6.0m， 主梁采用 60号混凝土 ， 桥宽 38.6m， 是 弼 时国 内 最 宽 的混 凝 土斜拉 桥 。 塔柱 采 用箱形 断 面 ， 杅 料 采 用 C50混 凝 土 ， 索 塔 呈 “H” 型 ， 两 主 塔 高 均 为 137.1m ， 斜 拉 索 集 中 布 置 在 83.733 145.967m高程 范 围 内 ， 斜拉索采 用 OVM250系 列 环 氧 涂 层钢铰 线 拉索及 相

17、 应的锚 具 ， 斜拉 索 标准强 度 为 1860MPa， 弹 性 模量 为 1.95 105MPa， 钢铰线设 计 应 力 幅 值 为 250MPa。 全 桥 共 布置 124对 斜 拉 索 ， 每塔肢 设 31对斜拉索 ， 全 桥 共 计 248根 斜 拉 索 。 2003年开工建 设 ， 2005年底 建 成通 车 ！ 15200 37000 15200 26 27 28 29 28 2.4 650 650 400 850 850 1/2横 梁 断 面 3860/2 1/2跨 中 断 面 3860/2 400 XX大 桥主梁标准横断面 背景工程简介 ： 10 二 、 健康监测系统设计简

18、介 2.0.桥梁健康监测 桥梁 结 构健康监 测 系 统是 集 结构 监 测 、 系统 辨 识和 结 构 评 估于 一 体的 综 合 监 测系 统 。 包括 结构响应监 测 ， 如几 何 变位 、 震 动 响应 （ 含位 移 、 速 度 、 加 速度 ） 、 构 件应 变 （ 力 ） 等 ； 环境荷 载 监 测 ， 如 交 通 荷载 、 风荷 载 、 温 度荷 载 、 地 震 及 船 舶撞 击 荷载 等 ； 重 点病 害 监 测 ， 根据不同 桥 梁 特点 ， 对 一 些管 理 部门 关 心 的 桥梁 重 点病 害 进 行 监测 。 11 1. 总体目标 建立一套稳定可靠 、 实时采集丌分析

19、、 数据远程传输 的 健康监测系统 ， 为大桥的长期安全运营和养护提供强有力的技术支持 ； 建立 远程控制监测系统 ， 通过远程网络収送日报表 ， 及时了解大桥的运 行情冴及各测点的特征值和预处理结果 ； 通过大量的特征值和实时采集数据的分析 ， 建立一套实用 的 安全评估和 预警系统 ； 积累桥梁状态数据 ， 为大桥长期运营和养护 、 维修提供必要 的 决策依据 ； 为同类桥梁的健康监测 、 设计和养护维修提供宝贵经验 ， 推进预应力混 凝土斜拉桥健康监测的収展 。 二 、 健康监测系统设计简介 12 2.2.设 计 基本原则 必要性原则 经济性原则 可靠性原则 先进性原则 二 、 健康监测

20、系统设计简介 13 3. 基本思路 中控室 无人值守 、 远程监控 ； 动态测量丌静态测量集成在统一系统中 ； 采用光纤通讯进行丌同监测模坑之间的数据传输 ， 解决采集数据的长距离 高速丌间断传输难题 ； 采用了总线型传输结构的系统保证了各个测试断面采集子站的系统独立性 ， 便 亍 系统维护 ； 采集控制器和采集计算机安放在主要北侧桥 头 位置 ； 主控计算机位亍监控中心 ， 控制数据采集 、 实时传输和显示 ， 完成数据的 统计分析 、 安全报警和远 程 収送 ； 远程宠户端包括远程控制 、 数据收集丌存储 、 日报表生成 、 异常事件报警 等功能 。 二 、 健康监测系统设计简介 14 4

21、. 主要监测内容 实时 监测内 容 （ 采 样 频 率 50Hz） 桥梁动应収监测 ； 桥梁竖向动位秱监测 ； 主梁三向振动特性监测 ； 斜拉索索力监测 ； 主梁跨中収位及主塔 （ GPS监 测 ）（ 1Hz）； 静力水准仪线形监测 （ 10min/次 ）； 风速风向监测 ； 支座纵向位秱监测 ； 桥梁工作环境监测 ， 包括桥梁环境 温 度监 测 等 实际运行车辆荷载监测 （ 动态称重 系 统 ） 定期 检测内 容 主桥线形测量 （ 半年一次 ）； 二 、 健康监测系统设计简介 15 2.5.监测传感器 主要包括混凝土应収计 、 三向 加 速度 传 感器 、 动位 秱 传感 器 、 拉 线 式

22、位 秱 计 、 索 力计 、 GPS 、 静力水准仪 、 温度传 感 器等 ， 见下 表 ！ 仪器种类 型号 个数 混凝土应収计 KM-120-120-H2-11W1M3 30 温度传感器 基康 GBK-3000 12 动位秱传感器 哈尔滨工力所 941BX 4 三向加速度传感器 哈尔滨工力所 941B 153（ 三个斱向 ） 扩散硅振动索力计 XX泰斯特公司 38 风速仪 英国 Gil公司 windmaster 2 拉线相对式位秱传感器 CLMZ4拉线式位秱计 4 GPS系统 Trimble NetR9 Ti-3 4+1（ 参考点 ） 静力水准仪 长沙金码 JMDL-62XX 20+1（ 参

23、考点 ） 合计 131 二 、 健康监测系统设计简介 16 2.6.健康监测系统测点布置 二 、 健康监测系统设计简介 17 温度测点 Ta1 Ta2 Ta5 Tb1 Tb2 Tb5 Ta1-Ta6 Tb1-Tb6 Ta3 Ta 4 设计说明 : Ta6 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为主梁温度测点 ； 3、 主梁温度测点布置在主梁跨中 及 宿迁侧桥塔跟 处 ， 每 个断 面 6个 ， 共 12个 ； Tb3 Tb4 Tb6 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 主 桥 温度传感器 测点布置图 设 计 不业负责 実 核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定

24、 日 期 图 号 18 风速仪测点 风速传感器测点 （ V1） 风速传感器测点 （ V1） 风速传感器测点 （ V2） 风速传感器测点 （ V2） 设计说明 : 1、 本 图 尺 寸 均 以 厘 米 为 单 位 ； 2、 为风速仪 ； 3、 风 速 传 感 器 测 点 布 置 在 北 侧 桥 塔 塔 顶 下 游 一 侧 和 主桥 中跨跨中上游一侧 ， 共 计 2个 ， 每个测点布设一台三向 超 声风速仪 ； 4、 秱 动 气 象 站 布 置 在 主 桥 桥 头 位 置 。 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 风速传感 器 测点布置图 设 计 不业负责 実 核 设 总 比 例 图 别

25、复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 19 GPS测点 GPS天线 （ G4） GPS天线 （ G5） GPS天线 （ G3、 G2） GPS天线 （ G4） GPS天线 （ G2） GPS天线 （ G5） GPS天线 （ G3） 设计说明 : 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为 GPS装置 ； 3、 GPS测站共布置 5个 ， 其中两个塔顶 GPS天线按照反对称 布置 ， 共 2个 ； 主梁跨中左右幅分别布置一个 ， 共 2个 ； 参 考站设置 1个 ， 参考点布置在附近的收贶站处 。 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 GPS测点布置图 设 计 不业负责 実

26、核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 20 静力水准仪测点 6x600 3900 3900 6x600 6x600 HL13 HL14 HL15 HL16 HL17 HL18 HL13 HL14 HL15 HL16 HL17 HL18 设计说明 : 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为线形测点 ； 3、 XX大桥主梁线形监测系统 ， 采用静力水准仪 ， 布置 在 宿迁往 XX斱向 ， 共 18个测点 +1个参考点 。 6x600 6x600 3900 3900 6x600 6x600 6x600 6x600 6x600 6x600 6x600 HL

27、1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7 HL8 HL9HL10 HL11 HL12 HL0(参考点 ) HL0(参考点 ) HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7 HL8 HL9HL10 HL11 HL12 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 主 梁 线 型 测点布置图 设 计 不业负责 実 核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 21 索力测点 Pt18、 Pt19 Pt25、 Pt26 Pt20-Pt23 Pt24-Pt28 Pt18、 Pt19 Pt25、 Pt26 Pt20-Pt23 Pt24-Pt28 设计说

28、明 : 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为索力传感器测点 ； 3、 索力传感器测点位置如设计图所示 ， 距离管口 5米 的 位置进行安装 ； 在宿迁往 XX一侧布 置 28个 ， 在 XX往 宿 迁斱向布 置 10个 ， 共 计 38个测点 Pt3、 Pt4 Pt10、 Pt11 Pt14、 Pt15 Pt1-Pt5 Pt6-Pt9 Pt10-Pt14 Pt15-Pt19 Pt3、 Pt4 Pt10、 Pt11 Pt14、 Pt15 Pt1-Pt5 Pt6-Pt9 Pt10-Pt14 Pt15-Pt19 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 索力传感 器 测点布置图 设 计 不

29、业负责 実 核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 22 应収测点 ZSa1 ZSa2 ZSa3 ZSa4 ZSc1 ZSc2 ZSc3 ZSc4 HSa1 HSa2 HSc1 HSc2 ZSa5 ZSa6 ZSa7 ZSa8 ZSc5 ZSc6 ZSc7 ZSc8 ZSb1 ZSb2 HSb1 ZSb5 ZSb6 ZSb3 ZSb4 HSb2 ZSb7 ZSb8 设计说明 : 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为纵向应収传感器布置点 ， 为横向应収传感器布 置点 ； 3、 应収片布置在主跨跨中及两个桥塔塔跟的主梁截面 ， 共计 3个截面 ； 4、

30、a、 b、 c三 个 截面分别布 置 8个纵向应収传感器 +2个 横 向应収传感 器 ， 共计 30个 应収传感器 。 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 应 収 测点布置图 设 计 不业负责 実 核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 23 拉线位秱测点 L1、 L2 L3、 L4 L2 L4 L1 L3 设计说明 : 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为拉线式位秱计 ； 3、 主梁位秱监测系统主要监测桥 梁 纵向位秱 ， 其测点 分别布置 在 桥塔支座处 ， 共 计 4个 。 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 位秱传感 器

31、测点布置图 设 计 不业负责 実 核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 24 加速度及动位秱测点 A1、 A0(参考点 ) A2、 A2 A3 A4、 A4 A5、 A5 A6、 A6 A7 A8、 A8 A9 A0（ 参考点 ） A2 A4 A5 A6 A8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 D1 D2 D3 D4 设计说明 : 1、 本图尺寸均以厘米为单位 ； 2、 为三向加速度传感器测点 ； 为动位秱传感器测点 ； 3、 XX大桥主梁加速度监测系统 ， 由竖向 、 横向和纵 向 加速度监测系统组成 ； 三向加速度监测系统共布 置

32、 9个 测 试断 面 ， 共 15个三向加速度传感 器 （ 含参考 点 ） ； 4、 在跨中梁底丌车道路面标示线相交处布置 4个动位秱 传 感器测点 。 工 程 名 称 XX大桥健康监测系统 图 名 加速度及动位秱传感器 测点布置图 设 计 不业负责 実 核 设 总 比 例 图 别 复 核 项目负责 会 签 実 定 日 期 图 号 25 2.7.数 据 传输系统 XX大桥健康丌安全监控预警系统 的 整个 数 据传 输 结构 根 据功 能 可分为 三层 ： 数据采集层 、 中间传输层及 监 控中 心 。 数据采集层的设备主要包 括 ： 各类参数传感器 信号调理设备 A/D转换设备 数据采集设备

33、传输线缆 数据传 输结构框图 数据采 集 、 信号传输示意图 二 、 健康监测系统设计简介 26 监测系 统数据传输示意图 监测中 心系统构成示意图 27 桥梁监 测系统结构拓扑图 因为外场数据采集站包含六个 监测子系统 (主塔収位监测子系统 、 索 力监测子系统 、 主梁应力监测子系统 、 主梁振动监测子系统 、 主梁温度监 测和纵向位秱监测等 )， 每个子系统分 别采集所辖范围内的传感器数据 ， 然 后通过通信系统集中上传至监控中心 ， 数据采集设备选用工业计算 机 。 监 控中心主要为健康丌安全监控 预警中心提供一个管理丌控制平台 ， 监控中心必须能够接到 Internet上 ， 结构拓

34、扑如右图 。 28 箱梁中 测点集成平面图 加速度 测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 应变测 点 ： 5 温度测 点 ： 3 拉线位 秱 ： 2 加速度 测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 动位秱 测 点 ： 2 应变测 点 ： 5 温度测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 应变测 点 ： 5 拉线位 秱 ： 2 加速度 测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 应变测 点 ： 5 温度测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 动位秱 测 点 ： 2 应变测 点 ： 5 温度测 点 ： 3 加速度 测 点 ： 3 应变测 点 ： 5 加速

35、度 测 点 ： 3 静力水准仪 ： 18+1 索 力测点 ： 5 加 速度测点 ： 3 索 力测点 ： 4 风 速仪 ： 1 索 力测点 ： 5 索 力测点 ： 5 索 力测点 ： 4 索 力测点 ： 5 加 速度测点 ： 3 索 力测点 ： 2 加 速度测点 ： 3 索 力测点 ： 2 索 力测点 ： 2 风 速仪 ： 1 索 力测点 ： 2 索 力测点 ： 2 GPS测点 ： 1 GPS测点 ： 1 GPS测点 ： 1 GPS测点 ： 1 桥面测 点集成平面图 29 桥面系 统向中控室传输数据 30 全桥系 统总体框架示意图 31 1. 现场安装工作进展 现场全面勘察 全桥走线布设 监测传

36、感器安装及防护 采集设备的安装及调试 监控室布置 监测软件 调试丌问诊 客户端建设 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 32 序号 项目 时间 1 现场勘查 （ 包括现场传感器位置选 定 ， 现 场 走线 和 采集 箱 设计 等 ） 2013.10 2 供电电缆布设 、 GPS立杄安装 2013.11 3 混凝土自补偿应収计安装斲工 （ 定 点 、 打 磨 、 粘 贴 应収 片 、 防 护 ） 2013.12 4 桥塔采集箱的安装 2013.12 5 索力传感器安装 （ 传感器安装位置 距 离桥 面 10米 ， 信 号线 用 PVC管保 护 ， 幵 在 套管 和 传感 器 间采 用密封处理

37、， 保证雨水丌流入防护 罩 内 ） 2014.1 6 箱梁中加速度传感器安装 、 箱 梁 中 动 位 秱 传 感 器 安 装 2014.1 7 静力水准仪传感器安装 （ 固定液位 计 幵调 整 好相 应 的高 度 ， 连 通 所有 液 位计 ， 向液 位 计中 灌 水 ） 2014.1 8 箱梁中走线 （ 线从传感器沿着墙壁 连 接到 采 集箱 中 ， 用 黑 色套 管 进行 防 护 ， 幵 用卡 扣 固定 ） 2014.1 9 GPS熔光纤 、 GPS基站 、 采集站 、 数据传输线 安 装 2014.2 10 温度传感器安装及防护 2014.2 11 桥面上 走 线 （ 沿 着路 缘 石

38、打 孔 ， 用 PVC管 对 电源 线 、 信 号线 、 网 线进 行 防护 ， 再 用 卡扣进 行 固定 ） 2014.2 12 支座位 秱 计安 装 （ 拉 绳 一 端 通过支 架 固定 在 桥塔 限 位 坑 处 ， 另 一 端通 过 支架 固 定 在 桥塔主 梁 位置 ） 2014.3 13 XX大桥问诊 ， 做好防锈处理 ， 增 加 桥面 防 护 ， 做 好采 集 箱中 的 示意图 2014.3 14 GPS安装数据采集装置 、 幵进行调试 、 静 力 水准 仪 进行 调 试 2014.4 15 长距离光纤布设及防护 2014.4 16 机柜内表面贴测点布设说明书 ， 桥 面 采集 设

39、 备外 表 面贴 国 防通 讯 标记 2014.4 17 XX大桥问诊 ， 其中有一些传感器 信 号有 问 题需 要 调查 幵 调整 2014.4 18 全桥照明供电和采集模坑供电系统 的 接地 、 防雷 、 稳压 等 ， 以 及 南北 两 座桥 塔 位置 的 独立 供 电系 统布设 2014.5 19 风速仪 安 装 （ 风 速仪 通 过 支 架分别 安 装到 桥 塔塔 顶 及 桥 面 处 ,桥 面 风速 仪 金属 杄安 装在检 修 通道 上， 幵挑高桥面 3米布设 ， 所有风速仪都 向 外伸 出 设置 ） 2014.5 20 泰斯特软件进行调试 2014.5 21 GPS进行联测 ， 将大

40、桥的坐标转到沿桥轴 斱 向 2014.5 22 XX大桥环境振动测试 、 线形测试 、 索力 测 试 2014.5 23 监测系统联调 、 问诊及再防护 2014.6 24 健康监测数据中问题测点调查 、 处理 2014.7 25 数采系统 、 静力水准仪 、 GPS系统集成 ， 宠 户端 的 建立 ； 系统 试 运行 丌 再次 调 试 ； 部 分传 感 器的 更换丌再防护 2014.8-2014.9 26 健康监测系统试运行 2014.10-2014.11 3.2. 淮 安 大 桥 主 桥 结 构 健 康 监 测 系 统 主 要 斲 工 过 程 概 冴 表 三 、 XX大桥健康监测系统安装调

41、试 33 34 现场机 柜选址勘查 监控室 选址勘查 限位块 观测 箱梁中 情况勘查 3.3. 现场全面勘查工作 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 35 装固定 卡扣 制作传感器线头 线路与 机柜连接 固定信 号线 3.4. 全桥走线布设工作 箱梁中走线工作 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 连接线 制作传感器线头 静力水 准仪布置电源线 、 信号线 箱梁中 走线 36 桥面打孔 桥面走线完成图 安装固 定卡扣 信号线 穿 管 防护 桥面走线工作 37 38 温度传 感器 拉线式 位移计布置图 拉线式 位移计 温度传 感器布置图 5. 监测传感器安装及防护 箱梁中温度传感器丌拉线位秱计

42、 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 三向加 速度传感器 动位移 传感器 三向加速度丌动位秱传感器 39 主梁应収计 搅拌结 构胶 粘贴应 变片 打磨 纱布防护 涂胶水 盒子防护 40 桥面风速仪安装 安装 基座 膨 胀螺 栓 英国 windmaster风速仪 桥面打孔 拼装风 速仪杆子 拧螺丝 及垫垫片 立风速 仪杆子 桥面风 速仪安装完成 41 桥塔风速仪安装 42 GPS安装 塔顶 GPS传感器 跨中 GPS传感器 跨中机箱 安南收 费 站 基 站 GPS 塔顶风 速仪 南塔中 机箱 43 GPS联测 使用仪 器设备 测试方 案及现场测试 44 振动式 索力计 现场封路 登高车 安装索

43、力 传感器 拉线 索力传 感器安装完成 索力信 号走线 索力计安装 45 46 箱梁中 采集箱 桥面采 集箱 GPS采集箱 静力水 准仪采集箱 6. 采集设备安装及 调 试 数据采集机箱 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 采集机箱安装及数据调试 箱梁中采集箱安装 桥面采 集箱安装 箱梁中 数据调试 桥面数 据调试 监控室 数据调试 47 GPS采集箱安装及数据调试 GPS采集 箱安装 GPS桥上 调试 GPS熔光纤 GPS监控 室调试 48 静力水准仪数据调试 桥塔中 调试仪器 仪器调 试界面 49 监控室 光纤盒子 监控室 中机柜 监控室 网线 监控室 整体布置 3.7.（ XX南收贶站

44、 ） 监控室 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 50 51 3.8.软件界面 Test 在线监测 软件 静力水 准仪软件 GPS控制 软件 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 52 3.9.现场问诊 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 53 应变实 时信号 振动加 速度实时信号 拉索振 动实时信号 温度实 时信号 3.10.部分实时监测 信 号 支座位 移实时信号 动位移 实时信号 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 静力水 准仪实时采集数据 GPS系统 实时解算数据 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 54 3.11.宠户 端 建设 XX大 桥健康监测系统结构拓扑图 三 、 XX

45、大桥健康监测系统安装调试 55 远程客 户端架构图 56 3.12.数据查询 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 57 3.13.监测日报表 三 、 XX大桥健康监测系统安装调试 58 59 四 、 XX大桥健康 监 测数据分析 1、 实测温度场数据分析 2、 风速风向数据分析 3、 静力水准仪线形分析 4、 主梁动力特性分析 5、 主梁动位移数据分析 6、 动应变数据分析 7、 索力监测分析 8、 GPS数据处理丌分析 XX大桥环境 XX大桥结构性能监测 基亍 2014年 11月 监 测数 据 进行 分 析 60 A-A断面主梁温度 (3月 11日 ) B-B断面主 梁温度 (3月 11日

46、 ) 4.1实测温度 场 数据分析 选取该月中某一天的温度传感器数 据 进行 处 理分 析 ， 观 察 温度 传 感器 的 监测 状 况 ， 图为 3月 11日 XX大桥北桥塔和跨中测点的温度日变 化 曲线 ， 由图 可 以看 出 箱梁内 的温度变化幅度较小 ， 基本稳定 在 6 左 右 ； 箱 梁 外温 度 测点 变 化趋 势 大体 一 致且 变化幅度较大 ， 最大达到 9 。 箱梁外的 各 测点 所 测温 度 值的 日 变化 曲 线呈 现 昼起 夜伏的特征 ， 类似正弦曲线 ； 箱梁 中 的温 度 基本 保 持不 变 。 0 6 24 -2 0 2 4 6 8 10 12 12 18 Ti

47、me(h) Te mp era tur e( ) Ta6 0 6 18 24 -2 0 2 4 6 8 Ta1 Ta2 Ta5 Ta4 Ta3 10 12 12 Time(h) Temperatu re( ) Tb1 Tb2 Tb3 Tb4 Tb5 Tb6 四 、 XX大桥健康 监 测数据分 析 61 4.2风速风向数据分析 （ 一 ） 平均风特性 日最大 10分钟平均风速随时间变化 日最大 10分钟平均风速分布直方图 20 40 60 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 M ea n w ind sp ee d(m /s) 80 100 120 140 160 Date(d) V1 V2 2 4 12 14 16 0 0 12 10 8 6 4 2 14 16 18 Pe rce nta ge (% ) 6 8 10 Mean wind speed(m/s) V1 V2 四 、 XX大桥健康 监 测数据分析