桥梁监测方案解读

摘要和关键字【摘要】结合工程实践，对桥梁监控系统进行整体介绍，初步了解桥梁监控系统的结构。 分析了桥梁相应的危险有害因素，进行了相应的分类，同时介绍了各种传感器在检测过程中的选择和应用。 本文介绍了桥梁监测系统的数据采集、分析和相应过程，阐述了各部分的应用与各系统的关系，介绍了比较系统和完善的桥梁监测系统。 随着时代的推进，安全监督强调重要性。【关键词】桥梁监测系统监测设备危险源传感器数据分析1 .桥梁监测系统1.1桥梁检测概要桥梁安全监测是基于传统桥梁检测技术，利用现代化感应设备、光通信和计算机技术，实时监测桥梁运行阶段各种环境条件下的结构响应和行为，获取反映结构状况和环境因素的信息，分析结构健康状况，评价结构可靠性，管理桥梁和测井偶发事件(如地震)发生后，可通过监测数据识别结构损伤和重要部位变化，客观定量评价桥梁结构承载能力和抗风能力。 由于桥梁(特别是斜拉桥、悬索桥)的力学和结构特征的某些环境，在桥梁设计阶段很难完全掌握和预测结构的力学特性和行为，桥梁设计依赖于理论分析，通过风洞、振动台模拟预测桥梁的动力性能，验证其动力安全性。 结构理论分析基于理想的有限元模型，分析常常假设很多假设，这种仿真和计算假设可能与实际桥位不完全一致。 因此，桥梁健康监测得到的实际结构动力行为可以验证桥梁结构分析模型、计算假设和设计方法的合理性，且监测数据可用于深入研究桥梁结构及其环境中的未知和不确定性问题。 而且桥梁健康监测信息反馈到结构设计的更深深度1.2桥梁监控系统的结构桥梁监测系统无损监测桥梁结构，实时监测结构总体行为，诊断结构损伤的位置和程度，智能评估桥梁的服务状况、可靠性、耐久性和承载能力，在桥梁特殊气候、交通条件和桥梁运行状况严重异常时诱发警告信号，为桥梁维修、养护和管理决策提供依据和指导。 桥梁监测系统的基本结构如图1所示。图1桥梁检测系统的基本结构框图1.3桥梁监控系统特点桥梁监控系统作为现代桥梁系统不可或缺的一部分具有极其重要的地位，对桥梁的安全和争产运行起着极其重要的作用，基于桥梁监控系统的研究，它具有以下共同特点：(1)通过测定结构各种响应的传感器装置，取得反映了结构行为的各种记录.(2)除了监测结构本身的状态和行为外，在强调结构环境条件(如风、车辆载荷等)监测和记录分析的同时，桥梁通过正常车辆和风下的动力响应确立结构的“指纹”，开发实时的结构整体性和安全性评价技术。(3)通车后连续或间断监测结构状态，寻求取得的大桥结构信息连续完整。 一些桥梁监测传感器在桥梁施工阶段开始工作，监测工程质量(4)监控系统具有高速大容量信息采集、通信和处理能力，实现数据网络共享1.4桥梁监控系统监控方面桥梁监测的基本内容是通过桥梁结构状态监测与评价，在桥梁特殊气候、交通条件和桥梁运行状况严重异常时诱发报警信号，为桥梁维护、维护与管理决策提供依据和指导。 为此，监测系统可监测以下某些方面：(1)桥梁结构在正常车辆载荷和风荷载作用下的结构响应和力学状态。(二)桥梁结构突发事件(地震、意外大风及其他重大事故等)后的损伤情况；(3)桥梁结构件耐久性，主要提供件疲劳情况的真实。(4)桥梁重要的非结构部件(例如支撑台)和附属设施(例如斜拉桥振动控制装置)的工作状态。(5)桥所在的环境条件，如风速、温度、地面运动等。2、桥梁危险源2.1桥梁中的危险因素桥梁中存在着许多因素，引起桥梁事故，对这些因素的研究有助于我们更好地预测和分析桥梁事故。 更好地避免事故，减少伤亡和财产损失。 因此，桥梁监测系统监测的因素主要有以下几点。(1)负荷。 包括风、地震、温度、交通负荷等。(2)几何监测。 监视桥梁各部位的静态位置、动态位置、沉降、倾斜、线性变化、位移等。(3)结构的静动力反应。 监测桥梁位移、角、应变应力、坚固性、动力反应(频率模式)等。(四)非结构部件及辅助设施。 台座、振动控制设施等。2.2桥梁事故的事故树分析针对可能发生的桥梁事故，分析原因事件，根据这些原因事件建立事件树，确定成立的事故方案，使用ANSYS软件等工具计算桥梁结构各种可能原因事件和各种事故方案作用下的空间应力状态，最后通过对这些可能事件的分析确定事故原因和机制。 具体的分析过程如图2所示。图2基于可靠性的事故分析模型某工程事故在事故原因调查分析时，通过专家的意见、现场调查、文献收集和回顾等确定了3种事故原因事件(E1、E2、E3 )的情况下，如图3所示，有6种事故可能方案。图3可能导致事故的所有方案事件树构筑完成后，下一步骤是决定各破坏事件的质量分析(即发生这些事件的条件概率)、和各事故脚本的发生概率，如果事故脚本中的某事件的条件概率小于事故发生的极限概率值，则该事故脚本成立图4研究的事故方案根据以上理论，可以通过事件树分析法形成事故的分析步骤(一)查明或寻找可能引起事故的案件； 破坏事件可以通过专家的意见、工地调查、文献收集和回顾等确定(2)查明可能导致事故严重后果的初因破坏事件，可以将所有事故事件分类为可能是初因故障事件的初因事件，并对可能引起相同事件树的初因事件进行分类(3)建立事件树，分析事件，排除包括事件在内的条件概率低于极限失效概率值的事故案件，确定成立的事故案件(4)对事故方案进行仿真计算，计算应力状态对各种事件作用时结构的影响，比较分析确定这些事件对事故的权重(五)评估调查的事故方案发生的可能性，确定事故原因3 .桥梁传感器3.1桥梁监控系统中的传感器桥梁检查系统中检查的要素过多，因此使用了各种各样的传感器。 具体的传感器类型如下(1)应变/温度传感器测量混凝土构件内部应变和温度分布。(2)测量斜拉链绳索表(锚杆和智能电缆) 斜拉链绳索力。(3)测定静力水平桥梁桥轴线方向各断面的相对标高变化，即挠曲。(4)倾斜角计测量桥梁柱、索塔、箱梁等部件偏转角.(5)加速度/速度计测定桥梁运营中的自振和强制振动的动态特性。(6)位移计测量斜拉桥索塔与主梁之间的相对纵向位移。(7)桥梁线性和位移永久监测网由基准站、测量站和监测点组成，定期监测桥梁几何线性的变化。3.2桥梁中用于不同元素的传感器桥梁中不同因素性质差异较大，需要选择相应的传感器。 以下是使用于不同要素的相应传感器(1)负荷。 包括风、地震、温度、交通负荷等。 所使用的传感器：-3354记录风向、风速的历史，当与数据处理系统相连接时获得风力谱的温度计记录温度、温度差时间的历史，动态地秤3354记录交通负载流的历史，并在数据处理之后获得交通负载谱(2)几何监测。 监视桥梁各部位的静态位置、动态位置、沉降、倾斜、线性变化、位移等。 所使用的传感器可以是：位移计、倾斜计、GPS、微波炉(EDM )、数码摄像机等。(3)结构的静动力反应。 监测桥梁位移、角、应变应力、坚固性、动力反应(频率模式)等。 所使用的传感器是：应变计3354记录桥梁的静动力应变应力，连接了数字处理后得到部件疲劳应力循环谱的测力传感器(力环、磁弹性计、剪切力销) 3354是记录主索、锚、动臂的拉伸履历的加速度计3354(四)非结构部件及辅助设施。 台座、振动控制设施等。3.3桥梁不同因素的监测方式和频率桥梁中有关因素是静态的、动态的、有形的、隐形的，所以必须对不同的因素采取不同的方法和频率。 根据桥梁中不同因素所属的种类，对相应因素进行相应的分类，提供相应的监测手段。 下表1具体列出了不同因素的监测方式和频率。表1按因素分析表4 .桥梁监测系统的具体实施方案桥梁监控系统中不同功能目标要求的监控项目不同。 大多数桥梁监测系统的监测项目是从结构监测和评估出发的，分别进行结构设计验证和部分监测项目是以研究桥梁问题为目的的。 由于监控系统具有结构设计验证的功能，可以获得识别大量结构系统所需的信息，因此需要在桥塔、加劲梁和电缆/电缆的各个部位安装大量传感器，以获得大型桥梁的更详细的结构动力行为，并验证结构设计时的动力分析模型和响应预测。 需要在支撑台、挡块及几个连接部位设置传感器，取得反映其传递力、约束状况等的信息。4.1桥梁监测方案的组成部分(1)硬件部分监控系统的硬件主要用于桥梁参数采集和数据处理，在监控中心设置数据服务器进行系统数据分析处理，设置工作站计算机进行实时监控，桥梁现场设置网络传输设备和数据采集处理设备远程数据原始数据收集装置如下所示(一)风力风向监测设备；成桥后风荷载是桥梁结构的主要动力荷载之一。 在风荷载作用下，桥梁的主要构件电缆、梁和塔振动，疲劳损伤累积，桥梁阻力衰减。 通过监测风速、风向，统计最大风速值、风荷载脉动特性、风功率谱密度等，可以得到结构风与结构响应关系，对结构进行风致振动分析。(二)环境温度监测设备；通过监测环境温度，可以分析环境温度对结构静力响应的影响，分析环境温度对振动特性的影响，以便基于静力测试的识别方法能够更准确地反映结构基准状态，并且可以预测极限环境温度载荷，该载荷可能会使振动测试的损伤检测方法更准确。 同时，空气湿度对结构耐久性的影响也很大。 环境监测中温湿度监测是分析结构状态和结构损伤发展状态的重要参数指标，温湿度监测可为系统采集站设备的工作环境控制提供参考。(3)结构温度监视设备构件温度的分布情况直接影响结构的变形和内力状态，构件温度场温度差效应的实际分布也是设计单元关注的重要结构参数，监测结构温度分布情况分析了结构温度场对结构静力响应的影响，分析了基于静力测试的识别方法能够更准确地反映结构基准状态的结构温度场对振动特性的影响因此，温度载荷监测考察了可能发生的临界温度场载荷，有助于结构分析。 此外，温度场监测可对部分监测设备进行温度补偿。(四)地震监测设备；地震载荷监测是指通过地震事件和船舶碰撞监测桥梁桥址地震加速度的时段和频带，为整体结构和局部动力响应和灾后评估提供依据，为桥梁管理部门处理突发事件提供资料。(5)动态交通负荷监测交通负荷监测可以统计运营期桥的交通量，动态实时监测过桥车辆的轴重、速度、车长，车辆超负荷时可以发出警报。 另一方面，车辆交通载荷监测为结构响应的大小提供了比较参考，为桥梁是否为无车辆活载荷的近似恒载提供了判断依据，作为桥梁恒载状态比较分析的前提条件。(六)结构应变监测设备；构件应力监测可通过分析测量点的应力状况求出。 结构应力是重要结构的局部信息，应力超限可能导致材料破裂或破坏，造成构件和桥梁的破坏。 应变指标是运行期间安全性预警的重要信息，也是结构状态分析的参考信息，尤其需要监测一些重要的结构部位(如主梁跨距、主梁支架顶部、桥塔路线等)。(7)主梁挠曲监视设备桥梁的主梁挠曲直接反映了主梁当前的总体受力状态，桥梁挠曲也是监测系统报警和安全评价的主要指标。(8)索塔倾斜监视设备桥塔是斜拉桥的主要承重构件，如果桥塔倾斜很大，整个斜拉桥就有称霸的危险。 另外，桥塔向桥的纵向倾斜也是解决方案不均匀分布的表现。(九)主梁及索塔空间位移监测设备；主梁和索塔的空间位移是反映桥梁安全状态和内力状态评价分析的重要参数，也是结构安全预警的重要指标。(10 )整体位移监视装置斜拉桥主梁随温度纵向变形，该纵向变形反映伸缩缝主梁端部的移动。 伸缩缝的主梁端部的位移与温度之间存在一定的对应关系，通过监视可以掌握主梁纵向的变形状况，主梁纵向的变形异常(变形未开放)会在主梁上产生较大的温度应力，对主梁的安全产生危险。(11 )斜拉索力监视设备斜拉索是斜拉桥最重要的受力构件，斜拉索力的变化直接反映了桥梁结构受力状态的变化，关系到桥梁整体的安全，通过缆索力的监测可以为运行期间的安全性提供直接的报警信息和状态评价信息。(12 )动力特性监视装置桥梁动力特性参数的变化(频率、模式、模式衰减系数)是桥梁构件性能变化的指标。 桥梁的振动水平(振动振幅)反映了桥梁的安全运行状态。 桥梁自振频率下降、桥梁局部振动型变化可能预示结构刚度下降和局部破坏，是评估结构损伤的重要依据。(十三)腐蚀监测设备桥墩支撑着整座桥梁，但一旦出现问题，结果极为严重。 桥墩所处