南京四桥悬索桥监测系统介绍

中交公路规划设计院限公司CCCCHIGHWAYCONSULTANTSCO.,LTD.

南京长江第四大桥悬索桥结构健康监测系统简介交融天下建者无疆中国公路勘察设计学协会换届暨优秀公路勘察设计技术交流会昆明

中国2015年9月17日-18日汇报提纲项目背景1系统设计主要创新点11213系统代表性功能及开发成果介绍河北江苏安徽广东浙江福建西藏云南广西新疆四川青海黑龙江内蒙古1、项目背景桥梁总长：2.476km（悬索桥）/5.451km主桥结构体系：半漂浮体系三跨连续双塔

钢箱梁悬索桥

桥跨布置：576.2+1418+481.8=2476米下部基础：变直径钻孔灌注桩群桩基础

（D3.2m～D2.8m）设计单位：HPDI通车时间：2012年12月24日全桥总投资：68.6亿元（28.996km）；（同类型桥梁）世界第三、中国第一被誉为“中国的金门大桥”（1280m，1937/05/27）南京长江第四大桥悬索桥主桥等级：平原微丘区高速公路设计行车速度：100km/h桥梁宽度：

双向六车道38.8m设计荷载：公路-Ⅰ级（车辆）设计基准期：100年地震基本烈度：Ⅶ度（按实测地震动参数进行结构抗震分析，按规范规定进行抗震设防）风参数：运营期重现期100年

设计基本风速为31.2m/s船舶撞击荷载：

南塔：平行于航道方向取105.1MN，垂直于航道方向取52.6MMN；

北塔：平行于航道方向取35.7MN，垂直于航道方向取18MN船撞。其余：交通部《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）南京长江第四大桥悬索桥主桥结构主要技术标准1、项目背景1、项目背景长大桥的运营期监管巡检养护的理念：（管理模式、环境、车辆荷载、建设材料、构造特点、约束体系、受力特点、运营期结构风险分析）→确定养护体系（专业养护、综合评估）→养护规划→养护计划→养护手册→监测、检测、检查工作内容→养护标准、养护定额→局部加固（更换维修）设计→局部加固（更换维修）施工

养护理念

建立专业化的养护管理平台“主动预防性”养护的思想巡检、监测和试验技术相结合项目目标：

基于全寿命设计理念，在桥梁专业工程监控领域引入传感测试、计算机及信息技术等，建立“桥梁电子档案”，辅助特大型桥梁运营期结构安全监管养护工作，提高数字化、信息化、专业化桥梁管养科技水平，实现预防性养护目标。遵循、参考国内标准、规范：《公路工程特殊桥梁项目设计文件编制办法》(2015)69号--2015年08-01执行；《建筑与桥梁结构监测技术规范》(GB50892-2014)-2015年08-01执行《公路桥梁结构安全监测技术规程》（交通运输部JTJ—报审稿）《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004《公路技术状况评定标准》（JTJTH21-2011）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T21-2011）《大跨径悬索桥斜拉桥养护规范》（报审稿）（江苏省地方标准）《岩土工程结构监测手册》中国水力电力出版社，2009《工程振动测量仪器和测试技术标准》中国计量出版社，1999《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB/T50343-2004《综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-2007《计算机软件需求规格说明规范》GB/T9385-2008《计算机软件可靠性和可维护性管理》GB/T14394-2008……………1、项目背景遵循、参考国外意见、手册、规程、标准：《给南京四桥健康监测系统文件的咨询意见》（日本长大公司）《道路和桥梁设计手册第3卷公路结构检查和养护》（英国）GuidelinesforStructuralHealthMonitoring,DesignManual,ISISCANADA,2001DevelopmentofaModelHealthMonitoringGuideforMajorBridges,FederalHighwayAdministrationResearchandDevelopment,2002State-of-the-ArtReport,StructuralHealthMonitoring,fibTaskGroup5.1,2002MechanicalVibration—EvaluationofMeasurementResultsfromDynamicTestsandInvestigationsonBridges,ISO/DIS18649:2002(E)欧洲动态称重标准COST323AccuracyClasses

《NationalBridgeInspectionStandards》FHWA,2004“Rion-AntirionBridgeInspection&MaintenanceManual”,2004……………1、项目背景结构安全综合评估宏观受力专项评估结构空间变位结构动力特性结构边界条件、整体刚度…耐久性专项评估涂层劣化锚碇渗水、化学元素侵蚀主缆、钢箱梁、主鞍温湿度…易损性专项评估复合浇筑沥青钢桥面铺装局部破坏及钢箱梁疲劳裂纹支座损坏、落空、位移超限锚碇分布传力式锚固系统锚固区应力吊索索夹螺杆松弛钢混结构结合部开裂混凝土结构裂缝吊索销轴衬套磨损…吊索振动、索力使用性能专项评估车辆荷载伸缩缝伸缩量机电系统、交安设施桥面平整度专项评估…1、项目背景汇报提纲项目背景1系统代表性功能及开发成果介绍系统设计主要创新点11213专项分析评估综合分析评估国家和行业桥梁设计、养护规范、标准、规程桥梁安全监测技术规程（报批阶段；交通运输部）；建筑与桥梁监测技术规范（住房与城乡建设部）信息化行业规范、标准（信息产业部）欧、美、日、韩等国的监测手册、规程2、系统代表性功能及开发成果介绍（1）环境和荷载监测项：重要的自然环境参数（风速/风向、温湿度（主缆、锚碇、钢箱梁、主鞍罩）、地震）重要的运营交通车辆荷载（动态交通荷载WIM）;主墩防船撞钢套箱及护舷视频监测；复合浇筑式沥青铺装层温度梯度（2）结构局部、整体响应：悬索桥整体空间变位及刚度监测；（包括主梁、索塔横纵桥向、纵桥向及竖向位移）钢箱梁关键代表性截面正交异性钢桥面板的疲劳应力监测（动应变及温度梯度）；结构整体动力及振动特性监测（结构频率和振型）；2、系统功能及设计南京长江第四大桥悬索桥监测点平面布置图（Sensors：12类/188个）南京长江第四大桥悬索桥监测系统代表性监测仪器…2、系统代表性功能及开发成果介绍WEB服务器实时数据库服务器KVM视频切换器GPS时间同步系统GPS服务器数据处理服务器南京长江第四大桥悬索桥监测系统监控中心代表性监控设备2、系统代表性功能及开发成果介绍风荷载环境温湿度动态交通车辆荷载结构振动南京长江第四大桥悬索桥监测系统-----监测项目代表性软件界面（兼具预警）2、系统代表性功能及开发成果介绍南京长江第四大桥悬索桥监测系统巡检管理子系统架构2、系统代表性功能及开发成果介绍2、系统功能及设计南京长江第四大桥悬索桥监测系统巡检管理子系统巡检管理软件设计代表性流程晓斌补充2、系统代表性功能及开发成果介绍南京长江第四大桥悬索桥监测系统巡检管理子系统巡检管理软件---代表性用户界面巡检计划制定界面巡检日历界面巡检任务查询界面维修措施界面南京长江第四大桥悬索桥监测系统巡检管理子系统---巡检养护手册节选2、系统代表性功能及开发成果介绍南京长江第四大桥悬索桥监测系统---数据分析报告（2014年度节选）2、系统代表性功能及开发成果介绍监测数据分析：2014年度数据分析报告(代表性节选）---索塔船撞监测采用视频和振动监测相结合的方案：（1）采用3个摄像机对索塔防撞套箱和护弦进行监控，24小时在线监控，可提供照片作为执法依据；（2）对索塔遭受的冲击振动进行监测,并兼具基于图像识别技术的软件触发报警功能。2、系统代表性功能及开发成果介绍监测数据分析：2014年度数据分析报告(代表性节选）---校验系数分析14#车通过时刻中跨1/4跨GPS测点挠度变化时程曲线2014-01-0915:39:13时刻梁近中跨1/4跨GPS测点挠度校验系数GPS点位实测挠度（m）环境参数作用挠度（m）实际挠度（m）理论挠度（m）校验系数梁中跨1/4跨0.4020.5850.1830.3030.604校验系数：是评判桥梁承载能力和工作状态的一个重要指标参数。校验系数为0.604<1，说明大桥结构刚度满足要求，桥梁结构整体工作性能良好。2、系统代表性功能及开发成果介绍大桥成桥荷载试验、2013年、2014年年度分析报告中结构动力特性基准频率、前5阶振型变化小（0.001-0.002），大桥结构的刚度和约束体系状况良好，结构整体受力性能无退化。监测数据分析：2014年度数据分析报告(代表性节选）---结构动力特性专项评估分析巡检管理子系统平台代表性应用2、系统代表性功能及开发成果介绍基于桥梁“专业化、信息化、数字化”巡检管理要求，从通车开始收集建立“电子桥梁档案”。围绕监测系统平台，2年来各施工、检测、监测专业队伍（中交第二航务工程局有限公司、中铁大桥局股份有限公司、山东省路桥集团有限公司、公规院）对大桥进行定期养护检查，包括经常性经常、定期检查、索力检测、钢结构无损检测和除湿系统维护，所有相关监测、检测、维护技术成果均按平台巡检管理要求数字化、信息化、专业化录入监测系统，建立初始维护档案；主缆索夹紧固及主缆维护用户使用评价及意见2、系统代表性功能及开发成果介绍汇报提纲项目背景1系统代表性功能及开发成果介绍系统设计主要创新点112132、系统设计主要创新点基于全球定位、卫星导航和云技术，设计实现了特大跨径悬索桥空间变位（包括主缆、索塔和加劲梁）多元数据融合分布式监测系统，实现了特大跨径悬索桥运营期全天候空间变位的高精度实时同步监测，有效地保障了南京四桥结构健康监测系统监测数据的实时性、可靠性以及数据分析的专业针对和有效性。基于多元数据融合全球定位和卫星导航技术的变形监测系统数据同步解算原理基于精密高温测量技术，设计实现了复合浇注式沥青钢箱梁铺装在>220℃施工过程中和运营期使用过程中的温度场监测方案，获得了南京四桥悬索桥复合浇注式沥青铺装层在施工和运营过程中连续不间断的温度场实时监测数据，为改进特大跨径悬索桥浇注式沥青钢箱梁铺装技术和了解运营期本桥正交异性钢桥面板新型的复合浇筑沥青铺装层养护管理技术提供数据支撑。钢桥面沥青铺装层内精密连续高温温度测量技术温度数据采集流程图2、系统设计主要创新点基于超声波与力平衡传感技术，设计实现了特大跨径悬索桥风场环境、风致振动及相关性的全方位监测方案，获得南京四桥主梁、主缆风场参数对应结构动力特性参数和相关性分析成果，为实时预警南京四桥行车安全和舒适度以及大桥结构风致振动（箱梁涡激振动，吊杆抖振等）和钢结构疲劳安全提供技术服务。超声波测量风场参数原理力平衡传感器工作原理基于超声原理和力平衡传感技术的风致振动相关性技术分析2、系统设计主要创新点设计并研发实现了基于多线程调度处理和算法工厂技术的数据处理、恢复、存储与回放实时数据库技术方案，实现了南京四桥海量实时数据处理、离线数据恢复和历史数据回放，建立了特大跨径悬索桥数字化、信息化、专业化的一体化监管协作管养平台，主要包括：（1）多线程调