大型桥梁健康监测系统的组成及内容

大型桥梁健康监测系统的组成及内容教学目标了解桥梁健康监测系统的基本组成掌握桥梁健康监测系统内容及所使用的仪器设备了解桥梁健康监测系统设计的内容。教学要求知识要点能力要求相关知识桥梁健康监测概论(1)了解桥梁健康监测的概念、意义以及作用(2)了解桥梁健康监测系统的基本组成(3)了解桥梁健康监测的内容桥梁健康监测技术(1)掌握GPS监测系统(2)掌握实验模态分析法(3)掌握结构损伤检测定位技术桥梁健康监测系统的设计(1)了解设计准则和测点布置(2)了解监测项目桥梁工程中，大型桥梁的健康状态直接影响桥梁的使用运营。大型桥梁的健康监测能够适时的了解桥梁的运营状况，及时发现桥梁病害，确定桥梁损伤是否发生并定性和定量地确定其发生部位及损伤程度，同时桥梁的健康监测能够验证桥梁设计理论及计算假定的正误，并对桥梁的研究与发展提供实践依据。通过本章学习，了解桥梁健康监测系统的基本组成，掌握桥梁健康监测系统内容及所使用的仪器设备，了解桥梁健康监测系统设计的内容。13.1桥梁健康监测概论概念通过先进的监测系统对桥梁结构的工作状态和整体行为进行实时监控，对结构的损伤位置和程度进行诊断，对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁的维修、养护与管理决策提供科学的依据和指导。意义和作用（1）评估和预警（2）设计验证（3）研究与发展基本组成

（1）传感系统。由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成。（2）信号采集与处理系统。实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。（3）通信系统。将处理过的数据传输到监控中心。（4）监控中心。利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等。桥梁健康监测系统的基本组成及其工作流程图

桥梁健康监测系统监测内容及使用的传感器

（1）环境监测(包括温度、湿度、有害气体等)。主要目标在于监测桥梁所处的物理化学环境，从而为随后的桥梁耐久性评估提供原始数据。所使用的传感器有：①电阻式温度计—记录温度、温差时程历史；②湿度计—记录环境的湿度；③酸性气体监测仪—监测桥梁周围空气中的CO，CO2，SO和CL-的浓度；④酸碱度(PH值)传感器—测量桥梁周围水体中的PH值；⑤钢筋锈蚀监测装置—监测钢筋、钢材锈蚀前后的电位变化，准确预测锈蚀的发生、发展情况。桥梁健康监测系统监测内容及使用的传感器

（2）荷载。包括风、地震、温度、交通荷载等。所使用的传感器有:①风速仪—记录风向、风速进程历史，连接数据处理系统后可得风功率谱；②温度计—记录温度、温度差时程历史；③动态地秤—记录交通荷载流时程历史，连接数据处理后可得交通荷载谱；④强震仪—记录地震作用；⑤摄像机—记录车流情况和交通事故。桥梁健康监测系统监测内容及使用的传感器

（3）几何监测。监测桥梁各部位的静态位置、动态位置、沉降、倾斜、线形变化、位移等。所使用的传感器有：位移计、倾角仪、GPS、电子测距器、数字照像机等。（4）结构的静动力反应。监测桥梁的位移、转角、应变应力、索力、动力反应(频率模态)等。所使用的传感器有：①应变仪—记录桥梁静动力应变应力，连接数字处理后可得构件疲劳应力循环谱；②测力计(力环、磁弹性仪、剪力销)—记录主缆、锚杆、吊杆的张拉历史；③加速度计—记录结构各部位的反应加速度、连接数据处理后可得结构的模态参数。（5）非结构部件及辅助设施。支座、振动控制设施等。13.2健康监测测技术GPS监测系统统1.基本概念念2.位移监测测原理13.2健康监测测技术GPS监测系统统3.技术特点点（1）GPS监测站之之间勿需需通视，，可以实实现不同同测点间间的同步步观测；；（2）GPS观测工作作可以在在任何地地点，任任何时间间连续地地进行，，受外界界大气影影响小；；（3）GPS测定位移移自动化化程度高高。（4）GPS定位速度度快、精精度高。。结构损伤伤检测定定位技术术模式识别别法模型修正正法人工神经经网络法法遗传算法法13.3桥梁健康康监测系系统的设设计监测系统统设计准准则和测测点布置置（1）监测系系统的设设计应首首先考虑虑建立该该系统的的目的和和功能。。对于特特定的桥桥梁，建建立健康康监测系系统的目目的可以以是桥梁梁监控与与评估，，或是设设计的验验证，甚甚至是以以研究发发展为目目的。因因此，一一旦系统统的目的的和功能能确定，，系统的的监测项项目也就就能确定定。（2）系统投投资额的的限度。。监测系系统中各各监测项项目的规规模以及及所采用用的传感感器和通通信设备备等的确确定都需需要考虑虑整个项项目投资资额的限限度，必必须对设设计方案案做成本本—效益分析析，再根根据目的的、功能能要求和和成本—效益分析析将监测测项目和和测点数数设计到到所需范范围之内内。表13-1国内外大大型桥梁梁健康监监测系统统传感器器布置表表桥梁名称健康监测传感器环境应变位移振动风速仪温度传感器动态地坪电阻应变计位移传感器水平仪GPS速度计加速度传感器青马大桥611561182915-17汀九桥7836882-5-45汲水门桥2224646652-2明石桥9--87--1210铜陵大桥2626---302-20润扬长江大桥140-72--15-53东海跨海大桥-23-9--5-15南京长江大桥130-5012---28上海长江大桥554-107--16-15监测项目目监测项目目包括3个方面内内容：工工作环境境监测、、结构状状态监测测、结构构响应行行为监测测1．风力效效应监测测2．桥梁结结构温度度场监测测3．交通荷荷载效应应监测4．铁路荷荷载效应应监测5．大桥主主缆索的的索力监监测6．大桥主主要构件件的应力力监测13.4润扬长江江大桥健健康监测测实例润扬长江江大桥是是由悬索索桥和斜斜拉桥组组合而成成的特大大型缆索索支承型型桥梁（（如图13.3）。其中中，斜拉拉桥为三三跨(176m+406m+176m)双塔双索索面型钢钢箱梁桥桥，悬索索桥为单单跨双铰铰简支钢钢箱梁桥桥，主跨跨1590m，为中国国第一，，世界第第三。斜拉桥的的监测测测点布置置1．斜拉拉索的的监测测2．桥面面主梁梁的监监测3．索塔塔的监监测斜拉桥桥的监监测测测点布布置1．斜拉拉索的的监测测2．桥面面主梁梁的监监测3．索塔塔的监监测图13.5润扬大大桥斜斜拉桥桥结构构健康康监测测系统统测点点布置置图（（单位位：mm）Acc-加速度度传感感(80个);Str-应变传传感器器(60个);Ane-风速仪仪((1个);T-温度传传感器器(24个);GPS-GPS站点(8个)悬索桥桥监测测测点点布置置1．主缆缆和吊吊索的的监测测2．主梁梁的监监测3．索塔塔的监监测