G325九江大桥斜拉桥健康监测系统.doc

g325九江大桥斜拉桥健康监测系统2011年第2期广东公路交通guangdonggonglujiaotong总第116期文章编号:16717619(2011)02000104g325九江大桥斜拉桥健康监测系统杨琪,黄建跃(1.广东省佛开高速公路有限公司,广东佛山528051;2.广东省交通集团有限公司,广州510101)摘要:介绍了g325广东九江大桥斜拉桥健康监测系统.该系统包括传感器子系统,信号采集与传输子系统,信号处理与控制子系统,结构状态评估与维护管理子系统.给出了监测系统各类传感器实测的部分结果,与实际情况对比表明,实测数据真实,有效,满足健康监测的要求.关键词:健康监测系统;斜拉桥;状态评估中图分类号:u446.2文献标识码:b0引言由于桥梁结构在国民经济和社会生活中具有十分重要的作用,因此,保证桥梁结构的安全运营已经成为桥梁工程界特别是桥梁管理部门关注的主要问题之一.然而,相比桥梁设计理论和建设技术的飞速发展,传统的桥梁测试技术相对落后,为了保障桥梁的安全,桥梁的长期在线健康监测技术逐渐发展起来j.如重庆的大佛寺长江大桥,广东的虎门大桥,上海的徐浦大桥,江苏的江阴大桥和南京二桥,苏通大桥等大型桥梁先后开发了桥梁结构健康监测系统,为桥梁健康监测系统的设计,实施以及监测系统的运营维护,数据分析和应用等方面积累了宝贵的经验.广东九江大桥是325国道上的一座大型桥梁,位于广东省南海市九江镇与鹤山市杰洲之间,跨越珠江水系西江主干流(图1).桥梁全长1675.2m,桥面宽16m,其中主跨为2160m独塔斜拉桥,采用塔,梁,墩固结体系,桥塔为h形截面,塔高80m(自桥面起),梁身为单箱四室结构,梁高2.5m,如图1所示.桥梁设计荷载为汽一20,挂一100.该桥于1985年9月开工,1988年6月建成通车.为了确保该桥梁的安全和畅通,评估结构的运营状态,及时发现结构的损伤,大桥于2008年底开始安装健康监测系统,2009年上半年已经正式投入运行.本文将详细介绍该桥的健康监测系统,并给出了部分实测数据.1健康监测系统设计广东九江大桥健康监测系统由传感器子系图1广东九江大桥斜拉桥统,信号采集与传输子系统,数据处理与控制子系统,结构状态评估与安全运营管理子系统组成3.本系统主要监测斜拉桥拉索,周围环境和主梁应力等项目.通过该系统,及时掌握结构的工作状态,对桥梁的运营状态,可靠性,耐久性和承载能力进行评估,防止灾害事件的发生,为桥梁的维修,养护与管理决策提供依据和指导.1.1传感器子系统九江大桥健康监测系统主要监测了拉索索力,主梁应力和空气温湿度,全桥共布置各类传感器68个,其中,穿1,5式索力传感器36个,可以监测拉索索力和温度,应变计30个,温湿度计2个.安装位置如图2和图3所示.作者简介:杨琪(1967.7一),男,高级工程师,博士,主要从事大跨度桥梁结构分析,高速公路建设管理和养护管理.email:1052364250qq.corn?1?2011年第2期广东公路交通总第116期堕/l盅,jl图2九江大桥斜拉桥健康监测系统传感器布置图(1)茎应变截面jm6.2jm6-3jm6-4l口口e应变截面5jm5.1一jm5.5jm5-2jm5.3jm5-4三三应变截面jm4-2jm43jm44三三应变截面jlvi3.2jm3-3jm34三应贼jm2-2jm2-3jm2.4e三三应变截面九江侧索力计位置图湛江侧索力计位置图应变传感器位置图图3九江大桥斜拉桥健康监测系统传感器布置图(2)1.2信号采集与传输子系统数据采集与传输子系统由信号调理模块和数据采集与传输网络组成.各传感器匹配相应的信号调理器,进行a/d转换后,数字信号传输到数据处理与控制服务器.九江大桥健康监测系统采用jmzx一256型集成式自动化综合测试系统,传感器采集的数据通过有线接人综合测试模块,全桥共布置32通道综合测试模块8个,l6通道综合测试模块4个,综合模块之间通讯采用485分布式网络,全部信号采用gprs手机发射模块无线传输至佛开公司系统监控室.jmzx一256型自动化综合测试系统是一种功能强大的分布式全自动静态网络数据采集系统,由上位机,采集模块(mcu),系统软件及相关配件组成,如图4所示.该系统采用全密封设计,能够有效防水防潮,防雷击,提高了系统的使用寿命.?2?图4自动化综合测试系统及其安装箱1.3数据处理与控制子系统数据处理与控制子系统对采集系统收集到的数据进行预处理,图形显示以及数据管理.其主要实现以下功能:2011年第2期杨琪,黄建跃g325九江大桥斜拉桥健康监测系统总第116期(1)数据采集,传输的控制;(2)数据库的建立及相关功能的实现,包括数据的存储,格式化,查询,可视化等工作;(3)数据优劣的评估与优良数据的抽取;(4)建立数据处理与控制的用户界面,响应用户对已存数据的查询请求及采集数据的控制请求;(5)自动进行数据存储与删除操作,保留分析后的数据及部分重要的原始数据,定期删除不再使用的数据.数据处理与控制子模块总体构成如图5所示.j固:蛭圃l;l一圈重一一图5数据处理与控制系统构成图为了实现系统数据采集,处理功能,开发了九江大桥健康监测系统专用软件.系统软件主要功能模块包括:设备安装与管理,数据采集,数据管理,数据查询,报表输出,图表输出,报警等功能.该软件能最大限度地满足用户的使用要求,人机交互,界面友好,提示信息多,易于操作.系统软件结合了当前网络技术,实现无线通讯,可以实时地,方便地采集数据,利于进行安全监测.软件主界面如图6所示.图6九江大桥健康监测系统软件界面1.4结构状态评估子系统状态评估子系统是桥梁结构健康监测系统的核心.桥梁状态评估子系统的中心任务是将数据采集系统获得的结构响应信息转化为反映结构安全状态的信息,在此基础上对安全状态信息进行综合评价,即可获得结构在特定时刻的安全程度及其健康状况,为桥梁结构的运营及维护决策提供科学依据.九江大桥健康监?贝0系统实施了斜拉桥拉索索力,主梁应力和温湿度的监测,安全评估将以状态预警系统为主体,结合全桥荷载试验资料,定期开展结构状态评估工作.状态评估的主要内容有:斜拉桥拉索索力状态评估;主梁状态评估;桥塔和其他部件状态评估.通过状态评估,实现异常状态的及时预警,识别异常的位置.本系统采用神经网络法进行结构状态评估,并根据该方法,开发了结构状态评估软件.至今,软件运行正常,达到了预定目标.2监测结果广东九江大桥健康监测系统已于2009年5月调试安装成功,至今已经正常运行2年多,采集了大量真实可靠的数据,为桥梁的特性和状态评估研究提供了大量的数据.2.1拉索索力该系统采用两类传感器进行索力监测:振弦式索力传感器和液压式索力传感器.传感器安装于拉索的锚固端,通过测量锚固端的压力实现拉索索力的测量.振弦式索力传感器不仅可以,?贝4量索力,还可以测量温度.液压式振弦式图7索力传感器图8为振弦式索力传感器实测的ja14,zc14号拉索的索力和温度曲线.从图中可知,拉索索力变化与温度之间存在必然的联系,随温度的改变而发生改变;由于上述两传感器分别位于桥塔的两侧,光照条件各不相同,因此,实测温度存在较大差异.实测结果与实际情况相符.?2011年第2期广东公路交通总第116期图8振弦式索力传感器实测数据图(ja14,zc14索力和温度曲线)2.2主梁应变由于弦式应变计技术相对成熟,且已经被广泛用于桥梁应变测量,因此,本桥采用一种弦式应变计进行主梁应变测量,并且具有温度测量的功能,如图9所示.图lo为弦式应变计实测的jm22,jm25?4?的应力和温度曲线.从图中可知,主梁应力变化与温度之间存在必然的联系,随温度的改变而发生改变;温度曲线较为吻合,与实际相符;应力差异较大,这与应变计安装位置相关.实测结果与实际情况相符.图9弦式应变计及其安装图图10弦式应变计实测数据图(im22,jm25应变和温度曲线)(下转第10页)2011年第2期广东公路交通总第116期5王军文,梁志广,李建中.部分预应力混凝土梁的应力和变形j.工程力学,2002,19(10):1081136虞庐松,朱东生.部分斜拉桥塔梁固结点局部应力分析j.桥梁建设,2008,(1):5457.7黄培彦,郭馨艳,郑小红,郑顺潮,郭文瑛.钢纤维聚合物结构混凝土材料及其制备方法p.中国发明专利申请号:201110009518.8,2011.18郑顺潮,黄培彦,郭馨艳.钢纤维聚合物高强混凝土疲劳性能的实验研究j.实验力学,2011,(1):l一7.(收稿日期:20110410)largespancontinuousrindframebridgepiertopblockstresssimulationandcrackresistanceanalysishanpinjia.zhengshunchao(1.guangmingexpresswayco.,ltd.foshan,guangdongfoshan528500;2.southchinauniversityoftechnologyschoolofcivilengineeringandtransportation,guangzhou510640)abstract:bymakinguseofmidasandansyscalculationsoftware,spacesimulationandcrackresistanceper.formanceanalysisofpierstopblock(block0)ofalargemainspancontinuousrigidframebridgeinguangdongprovinceintheconstructionphaseandoperationphase.theresultsshowthatduringtheconstructionphaseofthelargestcantileverloads,thediaphragmholeatthetopofmanhole,thediaphragmandthebottomjunctionofthediaphragmandthewebconnectionsandotherlocalareahaveagreaterpullstress.theuseofc60concrete.whichcannotmeettherequirementsof04specificationsofthecrackresistance:山euseofnewmaterialsstructur-alsteelfiberpolymerconcrete(sfpsc)canfullymeettherequirementsofcrackresistance.keywords:continuousrigidframebridge;piertopblock;simulation;crackresistance(上接第4页)3结语广东九江大桥健康监澳0系统涉及测量技术,计算机技术,通讯技术和土木工程等,通过系统集成技术集成为一个协同工作的整体,实现了桥梁的静力学,环境参数的实时在线监测.开发了九江大桥健康监测系统软件,其中包括应用神经网络技术的状态评估软件,能够实时在线进行桥梁状态预警和识别桥梁损伤.系统至今已经运营2年多,采集了大量的数据,为研究桥梁结构在外界荷载,如温度荷载,汽车荷载等作用下的动静力特性,提供了可靠依据.参考文献:1朱永,符欲梅,陈伟民,等.大佛寺长江大桥健康监测系统j.土木工程,2005,38(10):6671.2冯良平,李娜,张革军,等.中国长大跨桥梁结构安3李惠,欧进萍.斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现(i):系统设计j.土木工程,2006,36(4):3944.4李惠,欧进萍.斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现():系统实现j.土木工程,2006,39(4):4554.5黄方林,王学敏,陈政清,等.大型桥梁健康监测研究进展j.中国铁道科学,2005,26(2):165赵玲,李爱群.基于神经网络技术的斜拉桥损伤分步识别方法j.公路交通科技,2009,26(9):7075.6杨杰,李爱群,缪长青.bp神经网络在大跨斜拉桥的斜拉索损伤识别中的应用j.土木工程,2006,39(5):7277.7刘潇轶,李胡生.桥梁损伤预警系统的设计与实现j.防灾减灾工程,2010,30(增刊):235237.8jmko,zgsun,yqni.multistageidentifieationschemefordetectingdamageincablestayedkapshuimunbridgej.engineeringstructures24(2002)857868.全监测系统研发现状及趋势j.公路,2009,5:176181.(收稿日期:20110323)healthmonitoringsystemofcable-stayedbridgeofg325jiujiangbridgeyangqi,huangjianyue(1.guangdongprovincialfokaiexpresswayco.,ltd.,foshan528051;2.guangdongc