博泰克申请课题2—新一代微变形监测系统在桥梁健康监测中的应用[1].doc

中铁二十一局集团科研开发项目申请书 附件1项目类别：课题类别：收件日期：受理编号： 中铁二十一局集团科研开发项目 申 请 书 项目名称：新一代微变形监测系统在桥梁健康监测中的应用 申 请 者： 高鹤 电话：23837 申报单位： 中铁二十一局集团检测中心 通讯地址： 兰州市牟家庄497号 邮政编码： 730000 单位电话：电子邮件： GSTYJC163.COM 申报日期： 2009年元月18日 中铁二十一局集团基本信息申请者信息姓名高鹤性别女出生年月1956.2民族汉学位学士职称高级工程师主要研究领域工程试验与检测电子邮件G工作单位中铁二十一局集团检测中心工作单位信息名 称中铁二十一局集团检测中心联系人王路电子邮件电 站地址合作单位信息单 位 名 称联 系 人中铁上海设计院集团有限公司李涛北京博泰克机械有限公司张俊英项 目 基 本 信 息项目名称新一代微变形监测系统在桥梁健康监测中的应用项目类别A：线路及岩土 B：桥梁 C：地下工程D：工业与民用建筑E：机械F：四电、信息技术 G：其他B项目性质桥梁健康监测预计研究年限2年申请经费摘 要项目研究内容和意义简介（限400 字）：本项目主要对新一代微变形监测系统的使用方法进行进一步的开拓。新一代微变形监测系统为桥梁的变形测量引入了一种全新的检测方法，能够对桥梁梁体、墩体和桥塔等进行高精度的变形测量。目前我国在桥梁的变形测量方面有很多手段，但是在桥墩和桥塔的变形和振动测试方面确没有很好的方法。新一代微变形监测系统采用全新的遥测方法，在远距离能够一次完成对整个目标物的探测，效率很高。使用这种系统不仅能够迅速、高效的完成桥梁梁体的变形和振动测试，还能够完成桥墩和桥塔的变形和振动测试。在意大利等国家，这套技术已经开发成功并得到了有效的应用，我国在这个领域方面探测尚属空白，亟待引进开发利用，提高综合检测技术水平。研究的内容主要是该系统在桥梁监测领域的功能开发。目前使用雷达在桥梁的静态挠度测量、动态挠度测量、加速度测试、振型分析等内容，结果准确度很高。对它的使用方法做进一步的开发，保证使用新一代微变形监测系统的操作更加方便，解释更加直观。在动态挠度测试领域，雷达测量具有非常明显的优势，极高的采样频率能够准确的采集到所有的变形信号。在墩体和桥塔的变形和振动测试方面，对墩体和桥塔的变形量和模态进行分析，得出结构的变形曲线，再将测量值和分析值进行比对。该系统可以进行远程非接触式探测，无需在目标物上安装反射设备，通过结果进行比对，寻找其中的差异。使用雷达进行应变测试主要建立在雷达的高采样频率的基础上，基于较高的采样频率进行数据的进一步分析。通过对桥梁进行动挠度测量，从动挠度数据中计算出冲击系数。然后依据冲击系数和应变之间的关系反算出应变，即可得到应力的信息。 该系统可以使目前我国桥梁检测技术水平上一个台阶，大大提高效率，取得显著的经济效益。关 键 词(用分号分开，最多5 个) 桥梁监测 ；变形测量；微变形监测系统第15页项目组主要成员(注：项目组主要成员不包括项目申请者。)编号姓 名出生年月性 别职 称学 位单位名称电话电子邮件项目分工每年工作时间（月）1李涛1957.10男教授级高工博士中铁上海设计院集团有限公司0412583713764249901加载测试位置布点、理论计算、数据分析、报告编写32李大军196410男高级博士北京交通大DJBJUT126.COM理论计算、数据分析33张俊英女高级博士北京博泰克机械有限公.软件编写数据分析54齐跃男高级学士北京博泰克机械有限公软件编写数据分析55王路1982.11男助工学士21局集团公司检测中加载测试位置布点、理论计算56张文龙1982.01男助工学士21局集团公司检测中加载测试位置布点、理论计算57严维民男高级博士北京工业大学特聘专家18陈少峰男高级博士哈尔滨工业大学特聘专家19潘振涛男高级学士上海铁路局桥隧处特聘专家1总人数高级中级初级博士硕士本科专科其他75234说明: 1. 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者）。经费申请表 （金额单位：万元）科目申请经费备注（计算依据与说明）一.研究经费1.科研业务费（1）测试/计算/分析费（2）能源/动力费（3）会议费/差旅费（4）出版物/文献/信息传播费（5）其它2.实验材料费（1）原材料/试剂/药品购置费（2）其它3.仪器设备费（1）购置（2）试制4.协作费二.合作与交流费1.项目组成员外出合作交流2.邀请同行专家交流指导三.劳务、人工费四.管理费合 计与本项目相关的其他经费来源（含部门匹配、自筹经费等）金额： 报告正文(一）立项依据与研究内容1. 项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。）(1)意义：采用一种全新而快捷的方式完成对桥梁的日常健康监测。桥梁的健康监测主要包括对桥梁的变形和应力应变信息进行分析，目前的桥梁监测方法也能够顺利地完成各方面的测试。在此引入一种全新的桥梁健康监测方法：新一代微变形监测系统监测。目前使用新一代微变形监测系统进行桥梁变形测量方面已经比较成熟，本项目主要对新一代微变形监测系统的使用方法进行进一步的开拓。新一代微变形监测系统为桥梁的变形测量引入了一种全新的检测方法，能够对桥梁梁体、墩体和桥塔等进行高精度的变形测量。目前在桥梁的变形测量方面有很多方法，但是在桥墩和桥塔的变形和振动测试方面没有很好的方法。新一代微变形监测系统采用全新的遥测方法，在远距离能够一次完成对整个目标物的探测，效率很高。使用新一代微变形监测系统不仅能够迅速、高效的完成桥梁梁体的变形和振动测试，还能够完成桥墩和桥塔的变形和振动测试，填补在这个领域方面探测的空白。使用新一代微变形监测系统可以对桥梁的变形和应力应变信息进行分析，操作方法会更加便捷，可以迅速完成对整个桥梁的健康情况测试。使用新一代微变形监测系统在变形信息测量方面已经非常成熟，测量效果良好，本项目主要解决新一代微变形监测系统在桥梁的应力应变测量方面的问题，开拓一个更新的领域。 (2)国内外现状：在国内使用新一代微变形监测系统进行桥梁健康监测基本属于空白，只有很少的单位开始使用微变形监测系统进行桥梁的外形变形测量。清华大学、西南交通大学、北京工业大学、中交集团等单位已经开始微变形监测系统在桥梁领域应用方面的研究，使得雷达技术在外形变形方面的测量已经非常成熟，经过也非常准确、可信，精度完全能够满足目前的要求，特别是在动态变形方面的测量具有非常大的优势。在桥墩和桥塔方面的测量，国内主要集中在墩体的沉降和墩顶的振动测试，但对于整个墩体的变形和振动测试尚属空白，该项目有助于进一步了解在受力情况下整个墩体或桥塔的变形或振动情况。此外目前在应力应变领域的研究尚属空白。在国外使用新一代微变形监测系统进行桥梁变形测量也已经非常成熟，意大利米兰理工大学、佛罗伦萨大学、罗马大学等科研机构已经开始在这个领域的研究，并且取得了一定的成果。在梁体的变形测量方面，新一代微变形监测系统的测量结果经过了很多实验项目的验证；在墩体或桥塔的变形和振动测试方面也有非常成型的测试方法。同样，在使用新一代微变形监测系统进行应力应变信息的测量也属于空白阶段，尚未有科研机构进行相关领域的研究。(3)主要参考文献：1.桥梁健康监测系统若干问题，赵文秀，世界桥梁，2008-42.桥梁结构模态测试中传感器优化布置的序列法及应用，黄民水等，桥梁建设，2007-53.德国高速铁路桥梁检查及维护，郑建主编，2008中国高速铁路桥梁技术国际交流会论文集，中国铁道出版社，20084.南京长江第三大桥健康监测系统传感器优化布置研究，孟庆成等，桥梁建设，2007-55.东营黄河公路大桥振动监测系统设计与实现，侯立群等，世界桥梁，2008-36.青藏铁路综合监控系统，辜勇彬，第八届中国国际现代化铁路装备技术交流会论文集，20067.大跨度铁路桥梁车桥动力响应理论分析与应用，杨岳民等，中国铁道科学，1995-42、项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题（次部分为重点阐述内容。）(1)研究内容：研究的内容主要是在新一代微变形监测系统在桥梁监测领域的功能开发。目前使用雷达在桥梁的静态挠度测量、动态挠度测量、加速度测试、振型分析等内容，结果准确度很高。主要对它的使用方法做进一步的开发，保证使用新一代微变形监测系统的操作更加方便，解释更加直观。特别是在动态挠度测试领域，雷达测量具有非常明显的优势，极高的采样频率能够准确的采集到所有的变形信号。在墩体和桥塔的变形和振动测试方面，首先要对墩体和桥塔的变形量和模态进行分析，分析出整个墩体或桥塔的变形曲线，再将测量值和分析值进行比对。新一代微变形监测系统可以进行远程非接触式探测，无需在目标物上安装反射设备，所以要将安装反射设备和不安装反射设备的结果进行比对，寻找其中的差异。使用雷达进行应变测试也是主要建立在雷达的高采样频率的基础上，基于较高的采样频率进行数据的进一步分析。使用新一代微变形监测系统对桥梁进行动挠度测量，从动挠度数据中计算出冲击系数。然后依据冲击系数和应变之间的关系反算出应变，即可得到应力的信息。通过这种方式在对数据的现场采集中主要是对整个梁体的动态变形信息的采集，一般采样频率可以达到200Hz，然后从其中的数据中计算出冲击系数，从而最终推导出应力应变信息。(2)研究目的：使用新一代微变形监测系统快速的完成现场数据的采集，更加便捷的得到桥梁梁体、墩体或桥塔的变形和振动信息，能够在短时间内得到整个桥梁的变形和应力应变信息。将这些所有的信息进行综合，迅速的完成整个桥梁的健康状况的评估。(3)拟解决的关键问题：受力时桥梁墩体或桥塔的变形曲线、冲击系数和应变之间的关系、其中的干扰因素、雷达分辨率的提高和计算软件的编写。3、拟采取的研究方案及可行性分析（包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明。）(1)有关方法：采用的主要方法都是基于新一代微变形监测系统的特点进行的一些操作。新一代微变形监测系统对桥梁的变形测量主要是根据干涉测量技术和步进频率连续波技术对目标物进行高精度和高频测量，完全采用的是遥感测量，无需接近目标物，可以一次完成对整个桥梁的变形的测量。在现场的数据采集过程中无需可以阻断交通，只需根据实际的需求在桥梁上加载一定荷载的车辆，即可完成对现场的测试。在得到所有的数据之后，根据桥梁健康监测所需要的参数分析其中的关系，编写一个软件，可以迅速的完成整个数据的解析。(2)技术路线：在技术方面主要依据新一代微变形监测系统的设备特点，对桥梁梁体、墩体或桥塔的变形和振动测量都可以直接测量得到，结果可以实时显示出来。对应力应变信息的测试主要通过动态变形和应力应变之间的关系解析出所有的数据参数，从而可以完成对整个桥梁健康请康的判别。(3)实验手段：在使用新一代微变形监测系统进行相关实验时，主要进行现场数据的采集和后期的分析。由于该方法为一种全新的测试方法，首先要进行的是高准确度的对比实验。在变形测量方面，新一代微变形监测系统的测量已经非常精确，并且测量非常方便。在桥梁梁体的变形和振动测试方面可以将IBIS的测试结果和其他设备进行比对；在桥梁墩体或桥塔的变形和振动测试时，可以将测量结果和理论分析结果进行比对；在对应变信息进行计算时，要把应变片测量的数据进行对比，分析其中的准确情况，并且能够找出其中的问题所在。(4)关键技术：新一代微变形监测系统的变形测量，新一代微变形监测系统的高频变形测量，新一代微变形监测系统振动情况分析，软件编写和参数之间的关系式。4、本项目的特色与创新之处目前在桥梁的健康监测中采用的方法大多比较复杂，不仅费时费力，而且监测投资的成本也太高。采用这种全新的新一代微变形监测系统探测能够大大的节约工作的时间，并且操作非常方便，短时间内即可完成桥梁的健康状况的评估。5、年度研究计划及预期研究结果本项目的计划时间为2年，在这两年内需要完成的工作包括：1、对桥梁墩体或桥塔的变形和振动测试进行模拟和实测。2、35次的新一代微变形监测系统的对比实验，将新一代微变形监测系统在应力应变信息测试领域的问题找出并解决。3、编写数据处理的软件。4、每个月对桥梁进行一次健康评估监测。5、与行业专家完成完善相关技术难题。(二）研究基础与工作条件1、工作基础（与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩）该项目主要依托于新一代微变形监测系统而展开，目前国内有一台在桥梁领域使用的新一代微变形监测系统，并且拥有该设备的单位也参与到本项目中，会对设备的进一步开发提供全力支持。该设备为全进口设备，设备的研发机构已经在国外进行了很多研究，从设备的研发和实际应用都能够完全切合桥梁检测的实际需求。在国内，设备拥有方已经进行了很多次的设备实验，并且将设备在变形探测方面的实用性进行了研究和测试。在很多大学和研究机构的配合下已经取得了一定的成果，可以直接提供给本项目。2、工作条件（包括已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径，包括利用国家重点实验室和部门开放实验室的计划与落实情况。）该项目主要围绕新一代微变形监测系统这套设备进行，目前设备拥有方会为本项目提供全力帮助，最关键的问题已经解决。实验的进行地主要是在一些在建桥梁或者竣工桥梁进行，无需对桥梁进行封路，只需加在一定荷载量的重车即可。基于以上条件，目前已经不缺少工作条件，在有资金支持的情况下，项目即可开始进行。3、申请人简历（包括申请者和项目组主要成员的学历和研究工作简历，近期已发表与本项目有关的主要论著目录和获得学术奖励情况及在本项目中承担的任务。论著目录要求详细列出所有作者、论著题目、期刊名或出版社名、年、卷（期）、起止页码等；奖励情况也须详细列出全部受奖人员、奖励名称等级、授奖年等）申请人：高鹤 女 1956年2月出生 大学本科学历 工学学士 1982年1月毕业于兰州铁道学院环境工程系 1993年由铁道部职称评定委员会评为高级工程师 1998年任兰州铁路工程检测中心主任，2004年至今任中铁二十一局集团检测中心主任，主持检测中心全面工作，在此期间，组织检测中心对兰武二线、武嘉线、玉敦铁路、太中银铁路等，进行试验检测，并对路基、隧道、桥梁等利用先进的检测仪器进行检测，获得了业主、监理单位以及铁道部质量监督总站兰州监督站的好评，分别于2007年和2008年成功举办两期铁路试验员培训班，并作为主讲之一，为集团公司培训试验工程师52名，试验员178名。具有广泛的社会资源。主要成员：李涛 男1957年10月出生 ，博士研究生学历，工学博士，教授级高级工程师，现任中铁上海设计院集团有限公司副总工程师兼技术中心主任。1982.01 毕业于西南交通大学,铁道桥梁专业。工学学士。1988.10-1994.11铁道第一勘察设计院，桥隧处。任工程师，设计室副主任。1994.11-2002.06铁道第一勘察设计院，高级工程师，设计室主任、桥隧处副总工程师。广州设计处副处长。城市轨道交通设计院总工程师。1999.09-2002.09北方交通大学,土木工程专业，硕士研究生。2002.09获工程硕士学位。2002.06-2005.07国家青藏铁路建设领导小组办公室 科技处处长。任铁道部青藏铁路建设科技领导小组成员。2003.09-2006.09北京交通大学，铁道工程专业。博士研究生，2006.09获工程博士学位。2005.07至今 中铁上海设计院集团有限公司。任副总工程师兼技术中心主任从事铁路、公路和城市轨道交通的桥梁和结构工程设计科研工作26年，取得的成果多项达到国际水平、国内领先或先进水平，在学科建设和技术应用开发方面取得显著经济效益和社会效益，做出突出贡献，获2007年中国科技发展基金会授予的“茅以升铁道工程师奖”。八十年代初大学毕业后，先后参加了宝中铁路、侯月铁路、广梅汕铁路和江苏省、上海浦东市政道路等一系列国家重点工程的桥梁工程设计、科研以及铁路设计规范的编制工作。九十年代期间，主持铁道部 “桥台抗震设计”、“桥梁基础设计方法试验研究” 等多项课题，取得的成果在国际会议、国家重点一级学报岩土工程学报、中国铁道科学等刊物发表，达到国际水平；主持了京沪高速公路山东段全线桥梁、上海金桥立交桥、上海龙阳路立交工程、三峡工程建设专用公路黄柏河特大桥、南京长江大桥引桥桥面修复、厦门海沧大桥东渡立交桥、孟加拉国RAPUS大桥等多项国家重点工程、国外工程技术复杂的桥梁设计工作，成果分别获铁道部、上海市和甘肃省优秀设计一、二、三等奖。其中“大跨度钢管混凝土拱桥设计”、“小半径预应力曲线梁设计”等专项技术达到了国内领先和先进水平；主持和参加了我国酒泉卫星发射中心黑河铁路大桥、兰化公司化工合成塔、兰州新城黄河大桥、兰州西站立交桥等重点桥梁和结构工程检测及安全性鉴定，还担任兰州黄河铁桥结构安全鉴定专家组组长。2001-2004年，主持和审定了南京地铁高架站、高架区间等我国城市轨道交通工程的设计。2002年被选派到国家青藏铁路建设高层指挥及科技管理部门工作，参与组织、协调、指导并直接参加了青藏铁路格尔木拉萨段建设的设计和科研工作，取得了多项创新性成果。本人研究成果“青藏铁路多年冻土区桥梁地基融化时的抗震安全性分析”直接应用于青藏铁路工程设计和施工，取得了显著效益。2005年起，任中铁上海设计院集团有限公司副总工程师，先后主持了主持阜阳六安铁路勘察设计、杭州宁波铁路电气化改造工程设计、合肥蚌埠客运专线铁路铁路桥涵设计；主持上海市轨道交通11号线南翔路高架站、白银路高架站的桥梁设计、杭州地铁彭埠九堡地下区间设计；主持和审定安哥拉国BENGUELA铁路修复工程的桥涵设计工作。2007年，主持宿州淮安铁路京杭运河特大桥（主跨130米单线钢管连续拱桥），该项目为铁道部部级科研攻关课题，本人担任课题负责人，研究工作已取得重要进展，技术水平在国内同类桥梁中处于领先地位。1995年获中国铁路工程总公司首批“青年科技拔尖人才”称号，1996年获铁道第一勘察设计院“科技先进工作者标兵”称号以及“先进质量管理者”称号。2007年获中国科技发展基金会授予的“茅以升铁道工程师奖”。铁道部“铁路科技专家库”专家，上海铁路局“工程建设专家库”专家、上海市土木学会预应力专业委员会委员。1998年被正式接纳为国际桥梁与结构工程协会会员（IABSE）。2002年通过考试获得“国家一级注册结构工程师”资格并注册。担任组长的多个小组均获甘肃省、铁道部以及国家优秀小组称号。1990-1998年，分别应邀参加在意大利米兰、日本神户、印度新德里等国举行的国际学术会议，会上宣读论文，同时还应邀考察了瑞士、意大利、奥地利、日本等国的交通工程。近10年期间，在铁道学报、岩土工程学报等国家重点学报、国家核心期刊以及国际会议等发表论文17篇，其中4篇被美国工程索引（EI Page one）收录。近十年发表论文与著作：1三峡工程黄柏河特大桥设计 铁道工程学报 独著 1997.06 （ 获中国铁道学会优秀论文二等奖） 2南京长江大桥公路双曲拱桥桥面修复设计 公路交通科技 独著 1997.063铁路桥梁连续墙基础设计方法的试验研究 中国铁道科学 独著 1997.094黄土地区桥梁挖井基础设计方法的研究岩土工程学报 独著 1997.105跨越东京湾的公路 国外公路 独著 1999.106A Large Arch Bridge Using Concrete Filled Steel Tubular 大跨度桥梁国际会议，日本神户 独著 1998.097厦门海沧大桥东渡互通立交工程设计 城市道桥与防洪 独著 1999.068Test Research Design Method of Diaphragm of Bridge 第十届桥梁地基于基础国际会议，印度新德里 独著 1999.109预应力混凝土系杆拱桥的荷载试验 铁道工程学报 独著 2001.1210南京地铁南北线一期工程高架区间桥梁设计城市轨道交通研究 独著 2002.1011Loading Test and Safety Evaluation of a Tied-Arch Bridge 国际安全技术会议，上海 独著 2004.1012上承式大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应分析 北京交通大学学报 第一作者 2005.0313列车振动荷载下多年冻土区路基动力响应探讨全国博士生学术论坛 独著 2005.0714青藏铁路冻土区桥梁地基融化时的抗震安全性分析 铁道学报 第一作者 2005.08 （获中国铁道建筑总公司优秀论文一等奖）15青藏铁路多年冻土区路基结构的动力分析 铁道工程学报 第一作者 2007.03 （获中国铁道建筑总公司优秀论文一等奖）16萧甬铁路屏蔽工程结构抗震分析 铁道工程学报 独著 2008.0517合肥至蚌埠客运专线铁路桥梁工程设计 铁道标准设计 独著 2008.11获 奖 情 况：获奖项目奖项等级排名角色时间茅以升铁道工程师奖中国科技发展基金会铁道部单独获奖2007青藏铁路多年冻土区路基结构的动力分析，优秀科技论文中国铁建总公司一1子项负责人2008青藏铁路冻土区桥梁地基融化时的抗震安全性分析，优秀科技论文中国铁建总公司一1子项负责人2006上海金桥立交桥施工设计甘肃省优秀设计奖一2项目负责人1997三峡工程黄柏河特大桥施工设计及论文铁道部优秀设计奖三2项目负