中小跨径桥梁结构健康监测技术讲稿[全面]

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 Contents,01 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,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

2、桥,1841.5万米，40.10%,2060.85万米，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

3、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

4、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

5、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

6、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 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

7、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、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,1,2,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

8、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

9、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,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

10、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、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率,位移传感器布置图,大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别采样频率,LVDT-1,LVDT-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

11、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%。,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。,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LV

12、DT1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,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,1,3,2,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(Str

13、ucture 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

14、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

15、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,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

16、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量转变为电信号或光信号。,传感器子系统

17、,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,6,1,3,2,5,4,传感器选型原则,传感器子系统 传感器选型原则,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

18、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

19、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，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。,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

20、仪测量方法,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

21、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.Differen

22、tial.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,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,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

23、于监测要求高的桥梁 HY-65DJB3000B应变传感器，便于安装携带，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,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,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

24、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

25、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,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

26、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

27、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(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。,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,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In

28、ternet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,数据采集与传输系统无线传输模块,短距离,WiFi UHF无线数传 Zigbee,中距离,长距离,微波通信,GPRS GSM 3G 4G 5G 物联卡,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

29、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，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

30、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

31、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。,0,0.80,1,正常监测,预警,报警、安全评估、 维修管理,预警线,报警线,m/SLS,SLS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

32、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,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,0,0.80,1,正常监测,预警,报警、安全评估、 维修管理,预警线,报警线,m/SLS,SLS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,5,15,基本安全,存在严重安全隐患,存在一定 安全隐患,。,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

33、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,3,2,1,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

34、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

35、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,

36、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

37、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,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

38、径健康监测系统系统组合方式,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1.6m；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,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,中小跨径健康监测系统案例一,数据管理系统总体框

39、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；,中小跨径健康监测系统案例一,C-

40、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,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,中小跨径健康监测系统案例二,2,4,3,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

41、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

42、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

43、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,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相应的硬件、软件服务。云计算是网格计算、分布式计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。 云计算核心理念是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的处理负担，最终将用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，使得用户只需连上互联网就可以按需享受“云”的强大计算处理能力，实现了“互联网