特殊结构桥梁健康监测系统建设方案

特殊结构桥梁健康监测系统建设方案

目录

一、工程概况....................................................8

1.1三江口大桥...............................................8

1.2浦阳江一桥...............................................9

1.3江藻大桥.................................................9

1.4直埠大桥................................................10

二、监测目的及内容............................................11

2.1监测目的.................................................11

2.2监测内容.................................................12

三、监测依据..................................................13

四、监测系统设备配备..........................................14

五、监测系统设计..............................................15

5.1基本要求.................................................15

5.2系统总体布置.............................................16

5.3系统组成.................................................16

六、监测方案..................................................17

6.1三江口大桥..............................................17

6.1.1测点布置原则.........................................17

6.1.2传感器选择原则.......................................18

6.1.3桥梁挠度监测.........................................19

6.1.3.1监测的重要性.....................................20

6.1.3.2监测的设备.......................................20

6.1.33监测点位布置....................................21

6.1.4桥体结构应变、温度监测...............................21

6.1.4.1监测的重要性.....................................21

6.1.4.2监测的设备.......................................22

6.1.4.3监测点位布置.....................................22

6.1.5动力响应监测.........................................23

6.1.5.1监测的重要性.....................................23

6.1.5.2监测的设备.......................................24

6.1.5.3监测点位布置.....................................25

6.1.6环境及效应监测.......................................26

6.1.6.1监测的重要性.....................................26

6.1.6.2监测的设备.......................................26

6.1.63监测点位布置....................................27

6.1.7车辆荷载监测.........................................28

6.1.7.1监测的重要性.....................................28

6.1.7.2监测的设备.......................................28

6.1.7.3监测点位布置.....................................29

6.2浦阳江一桥...............................................29

6.2.1测点布置原则.........................................29

6.2.2传感器选择原则.......................................29

6.2.3桥梁挠度监测.........................................31

6.2.3.1监测的重要性.....................................31

623.2监测的设备.......................................32

623.3监测点位布置.....................................32

6.2.4桥体结构应变、温度监测...............................33

6.2.4.1监测的重要性.....................................33

6.2.4.2监测的设备.......................................33

6.2.43监测点位布置....................................34

6.2.5动力响应监测.........................................35

6.2.5.1监测的重要性....................................35

6.2.5.Z监测的设备......................................35

6.253监测点位布置......................................36

6.2.6环境及效应监测.......................................37

6.2.6.1监测的重要性.....................................37

626.2监测的设备........................................38

6.2.63监测点位布置......................................38

6.2.7车辆荷载监测.........................................39

6.2.7.1监测的重要性....................................39

6.2.7.Z监测的设备......................................39

627.3监测点位布置......................................39

6.3江藻大桥.................................................40

6.3.1测点布置原则.........................................40

6.3.2传感器选择原则......................................40

6.3.3桥梁挠度监测.........................................42

6.3.3.1监测的重要性.....................................42

6.332监测的设备........................................42

6.33.3监测点位布置......................................43

6.3.4桥体结构应变、温度监测...............................44

6.3.4.1监测的重要性.....................................44

6.3.4.2监测的设备.......................................44

6.343监测点位布置......................................44

6.3.5动力响应监测.........................................45

6.3.5.1监测的重要性.....................................45

6.352监测的设备.......................................46

6.353监测点位布置.....................................46

6.3.6环境及效应监测.......................................47

6.3.6.1监测的重要性....................................47

6.3.6.Z监测的设备......................................48

63.6.3监测点位布置......................................49

6.3.7车辆荷载监测.........................................50

6.3.7.1监测的重要性.....................................50

6.3.7.2监测的设备.......................................50

6.373监测点位布置......................................50

6.4直埠大桥.................................................50

6.4.1测点布置原则.........................................50

6.4.2传感器选择原则.......................................51

6.4.3桥梁挠度监测.........................................53

6.4.3.1监测的重要性.....................................53

6.43.2监测的设备........................................53

6.4.33监测点位布置......................................54

6.4.4桥体结构应变、温度监测...............................55

6.4.4.1监测的重要性.....................................55

6.4.4.2监测设备.........................................55

6.443监测点位布置....................................56

6.4.5动力响应监测.........................................57

6.4.5.1监测的重要性.....................................57

6.4.5.2监测的设备.......................................58

6.4.53监测点位布置....................................58

6.4.6吊杆索力监测.........................................60

6.4.6.1监测的重要性.....................................60

6.4.6.2监测的设备.......................................60

6.4.63监测点位布置....................................61

6.4.7环境及效应监测.......................................61

6.4.7.1监测的重要性.....................................61

6.4.7.2监测的设备.......................................62

6.4.73监测点位布置....................................63

6.4.8车辆荷载监测.........................................63

6.4.8.1监测的重要性.....................................63

6.4.8.2监测的设备.......................................63

648.3监测点位布置....................................63

6.4.9偏位监测.............................................63

6.4.9.1监测的重要性....................................63

6.4.9.Z监测的设备......................................64

6.4.93监测点位布置.....................................64

七、数据采集系统..............................................64

八、数据处理系统..............................................65

九、阈值确定及分级预警........................................69

9.1预警阈值的确定原则......................................69

9.2分级预警................................................70

十、监测清单统计..............................................72

10.1三江口大桥.............................................72

10.2浦阳江一桥.............................................73

10.3江藻大桥...............................................74

10.4直埠大桥...............................................76

10.5总计...................................................78

H-一、项目实施要求............................................78

1.项目组织及人员配备要求...................................78

2.计划与进度管理要求.......................................79

3.技术服务.................................................80

4.技术资料.................................................81

5.知识产权.................................................81

6.转包或分包...............................................82

7.保密义务.................................................82

十二、项目运维要求............................................83

一、工程概况

1.1三江口大桥

三江口大桥(即为初步设计阶段的枫桥江大桥)。位于主线上，

全长693.894m,上部配跨为左幅5X25+5X25+(68+108+68)+

(17,494+3X25)+4X25m；右幅5X25+(4X25+17.494)+(68+108+68)

+4X25m,其中除(68+108+68)采用预应力碎现浇连续箱梁外，其余

均采用部分预应力税先简支后连续组合小箱梁；下部为柱式墩、钻孔

灌注桩基础及实体墩、薄壁墩、桩基接承台，肋式桥台，钻孔灌注

桩基础。

主桥所跨浦阳东江为规划V级航道：通航净高为5.0m,净宽为

80m,设计最高碎航水位为6.34m(85国家高程)。

桥梁主要技术标准：①设计荷载：公路T级；②桥梁净宽：2X

11.25m；③设计洪水频率：按100年一遇设计；④地震基本烈度：地

震动峰值加速度＜0.05g,相当于地震基本烈度小于VI度。

图1-1三江口大桥立面布置图

1.2浦阳江一桥

浦阳江一桥跨越浦阳江。桥梁全长1238.08m,全桥共11联：4

X25+4X25+4X25+4X25+4X25+(70+116+70)+4X25+4X25+4X

25+4X25+3X25,引桥上部结构采用预应力碎(后张)T梁，先简

支后连续，主桥采用预应力碎变截面连续箱梁；下部结构桥台采用

柱式台，21、22号桥墩采用实体墩，其余桥墩采用柱式墩，墩台采

用桩基础。

主桥所跨浦阳江为规划V级航道:通航净高为7.0m,净宽为90m。

桥梁主要技术标准:①设计荷载:公路-1级;②桥梁总宽：46.0m；

③设计洪水频率：按100年一遇设计；④地震基本烈度为VI度。

图1-2浦阳江一桥立面布置图

1.3江藻大桥

江藻大桥(即为初步设计阶段的浦阳东江大桥)，位于华东国

际珠宝城连接线上，全长501.4m,上部配跨为5X25+

(68+108+68)+5X25m,其中除(68+108+68)m采用预应力破现浇

连续梁外，其余均采用部分预应力碎先简支后连续组合小箱梁；下

部为柱式墩、钻孔灌注桩基础及实体墩、桩基接承台，肋式桥台,

钻孔灌注桩基础。

主桥所跨浦阳东江为规划V级航道：通航净高为5.0m,净宽为

80m,设计最高通航水位为7.33m（85国家高程）。

桥梁主要技术标准：①设计荷载：公路-1级；②桥梁总宽：2

X10m；③设计洪水频率：按100年一遇设计；④地震基本烈度：地

震动峰值加速度＜0.05g,相当于地震基本烈度小于VI度。

图1-3江藻大桥立面布置图

1.4直埠大桥

直埠大桥（即为初步设计阶段的浦阳西江大桥），位于诸暨市高

速直埠互通连接线上，全长557.48m。

上部配跨为（8X25+100+10X25）m,其中主桥采用100m下承式

钢管拱，引桥采用25m部分预应力破组合小箱梁；

下部为柱式墩、钻孔灌注桩基础及实心墩、桩基接承台，柱（肋）

式桥台，钻孔灌注桩基础。主桥所跨浦阳西江为规划W级航道：通航

净高为7.0m,净宽为90m,设计最高通航水位为7.09m（85国家高

程）。

桥梁主要技术标准：①设计荷载：公路-1级；②抗震设防：本地

区地震基本烈度为VI度；③环境类别：n类；④本工程设计基准

期为100年。

图1-4直埠大桥立面布置图

二、监测目的及内容

2.1监测目的

随着科学技术的发展，综合现代测试与传感技术、网络通信技术、

信号处理和分析技术、数学理论和结构分析理论等多个学科领域的桥

梁结构健康监测系统，可极大地延拓桥梁的监测内容，并可连续地、

实时地、在线地对结构〃健康〃状态进行监测和评估，对运宝黄河大桥

的运营安全和提高桥梁的管理水平具有极大的指导意义。通过为四座

特殊结构桥梁建立一个先进实用的桥梁健康与安全状况监测系统，可

实现如下主要功能：

(1)通过对相关内容的监测，建立诸暨市特殊结构桥梁健康监

测系统，实时掌握桥梁运营状况，有效保证桥梁的安全。

（2）了解桥梁的结构变形、应力等情况，当超过预警值时可及

时预警，实现桥梁服务水准的实时安全报警，并通知相关单位及时采

取相应措施。

（3）通过监测数据，对病害进行有效评估，给决策者提供相关

依据，使运维方案等更加合理，提高桥梁的使用寿命。

（4）合理配置桥梁养护维修资源，为降低桥梁运营维护成本提

供科学技术依据，保证桥梁检查维修策略制订具有针对性、及时性和

高效性。

（5）为科学研究提供数据支撑。通过对桥梁的监测，获取结构

变形及应变的原始数据，为相关的科学研究提供相关数据和分析服务。

2.2监测内容

本次健康监测主要对象为：三江口大桥主桥（（68+108+68）预应

力混凝土现浇连续箱梁）、浦阳江一桥主桥（（68+108+68）预应力混

凝土现浇连续箱梁）、江藻大桥主桥（（68+108+68）预应力混凝土现

浇连续箱梁）、直埠大桥主桥（100m下承式钢管拱）具体监测内容如

下：

（1）桥梁挠度监测：利用压差式精力水准对桥梁进行挠度监测、

时时监测桥梁线形变化；

（2）桥体结构应变、温度监测：利用振弦式应变计对桥体结构

进行应变、温度监测;

(3)动力响应监测：利用加速度传感器对桥体进行动力响应监

测，主要监测项目主要包括自振频率、振型及阻尼比；

(4)吊杆索力监测：利用光纤光栅加速度传感器选取索力最大

的索、应力幅最大的索及安全系数最小的索进行监测；

(5)环境及效应监测：温度、湿度、风速、风向四项参数监测；

(6)车辆荷载监测：监测项目包括交通流量、车型及分布、车

速及车头间距。

(7)桥梁地震监测：利用水位仪、地震仪、电磁波测量仪等监

测仪器进行桥梁地震监测。

三、监测依据

(1)《建筑与桥梁结构监测技术规范》(GB50982-2014)；

(2)《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》(JT/T1037-

2016)；

(3)《结构健康监测系统设计标准》(CECS333-2012)；

(4)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG

3362-2018)；

(5)《公路桥涵通用设计规范》(JTGD60-2015)；

(6)《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)；

(7)《工程测量规范》(GB50026-2007)；

(8)《综合布线系统工程设计规范》(GB/T50311-2007)；

(9)《综合布线系统工程验收规范》(GB50312-2007)；

(10)《公路长大桥梁结构健康监测系统试点建设技术指南》；

(11)桥梁施工图纸及其相关资料。

四、监测系统设备配备

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

量程：±100mm桥梁挠度监

1静力水准仪

灵敏度：O.Olinm测

采集通道：40桥梁挠度陈

2自动化数据采集仪

记录存储：85000组测

量程：±1500ue

分辨率：0.1Pe桥体结构应

3光纤光栅式应变计测量标距：50~200mm变、温度监

工作温度范围：-50^80℃测

光栅中心波长：15251565mm

量程:±10g

分辨率：0.5mg

光纤光栅加速度传感动力响应监

4频响范围：0~1000Hz

器测

工作温度范围：-50~80℃

传输距离：10km

量程：±10g

分辨率:0.5mg

光纤光栅加速度传感吊杆索力监

5频响范围：0~1000Hz

器测

工作温度范围：-50~80℃

传输距离：10km

温度测量范围：-30℃~70℃

环境及效应

6气象站相对湿度测量范围：0^100%

监测

气压测量范围：3001200百帕

风向测量范围：0~360°

风速测量范围：0~60米/秒

对桥梁限行载重及实际通行车辆车辆荷载监

7视频监控

进行监控测

8数据采集系统/数据采集

数据服务中

9数据处理系统/心、监测软

件

五、监测系统设计

5.1基本要求

(1)能满足自动、连续、实时数据采集与传输要求；

(2)针对各种常规、特殊条件，制定针对性的数据采集时序与

逻辑关系；

(3)数据采集频率应根据监测项目和分析要求设置不同的采样

频率；

(4)动态数据采集的同步精度要满足数据分析要求；

(5)数据采集、传输设备与传感器系统精度相匹配，满足前向

测量精度要求；

(6)数据采集设备集成化程度高，便于统一管理控制；

(7)数据采集与传输设备扩充性强，满足传感器升级需求；

(8)数据采集与传输设备耐久性好、性能稳定、抗干扰性强；

(9)数据采集与传输设备的保护应具备完整方案和相关应急预

案;

(10)保护数据采集与传输设备不受温湿度、雷击及干扰源(电

源、电磁)等环境因素的影响及防止损坏。

(11)为方便系统后期扩展升级，系统传输主干光缆冗余备用芯

纤不少于2倍。

5.2系统总体布置

根据设计文件监测内容及结合四座特殊结构桥梁监测工程的实

际情况，依据国家规范“总体设计、分步实施”的原则对监测系统布

置设计应变/温度监测系统、桥梁挠度监测系统、震动监测系统、气

象监测系统、数据采集传输系统、数据云平台以及电源系统等。其中

震动监测、应变/温度监测系统为光波信号传输，统一利用光纤光栅

解调仪集中采集。桥梁挠度监测系统与气象监测系统分别为独立系统,

独立系统集中汇集中控机房在服务器上进行数据处理，利用软件二次

开发技术将数据格式统一，进而推送到物联网云平台。

5.3系统组成

整体监测系统主要由环境量监测系统、震动监测系统、挠度监测

系统、应变/温度监测系统、数据采集传输子系统、数据云平台以、

电源系统及防雷系统等组成，内容涉及多种传感器类型及多种信号兼

容。采用系统集成方式，将多个子系统信号统一转换光信号通过布设

主光缆通讯传输，通过开发通讯协议模块实现多信号无障碍传输。系

统架构图如下:

力播仪

光纤光榭加速

度假磐器

I专用屏蔽线缆

光纤光栅应变

■旭f接续盒计（常温补）

图5.3-1系统总体布置图

六、监测方案

6.1三江口大桥

6.1.1测点布置原则

三江口大桥主桥为三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，根据该类桥

的受力特点，本方案选择主墩截面和主跨、边跨代表性截面作为结构

健康监测断面，主墩截面共设置4个（D1~D4）,主跨每孔设置跨中、

四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面，边跨每孔设置1个跨中监

测断面，主跨和边跨共设置5个监测断面（K1〜K5）,监测截面示意

图如图所示:

69389.川

图6-1监测截面布置示意图

6.1.2传感器选择原则

测试元件以及监测仪表的好坏从根本上决定了整个安全监测及

安全监控预警系统中数据采集和数据传输是否准确、有效。由于国内

外生产、销售可用于土木工程结构监测、检测设备的厂家众多，各厂

家生产的传感器性能及价格千差万别，即便是同一类型的传感器，不

同型号技术性能和价格亦不尽相同，因此在进行系统监测仪器的选择

上应参考如下要求：

(1)先进性：为提高建成后桥梁的信息化、数字化管理水平，

要求系统的感测试仪器等监测设备必须具有一定国际先进水平；

(2)精确性：可靠的监测仪表还必须具备必要的精度，能准确

的反映出效应量(或原因量)的变化。选择传感器时，必须对结构部

位的受力进行分析，选择精度满足桥梁监测要求的传感测试仪器；

（3）可靠性：选择的桥梁监测仪器设备必须能在恶劣的桥梁自

然环境下长期稳定可靠运行，尽可能选择已在同类项目中广泛使用，

并证明使用效果好的监测仪表及传感设备；

（4）简便性：仪器结构简单，牢固可靠，率定、埋设、测读、操

作、维修方便，便于更换，使操作人员易于掌握，有利于提高量测速

度和精度。

（5）经济实用性：传感测试仪器及配套仪表须有合理的性能/价

格比，满足桥梁结构监测特性及养护管理实用性的要求；

（6）自动化性：传感测试及采集设备选型时，应从技术先进、

可靠实用、经济合理以及自动化测控技术发展水平相适应等方面进行

综合分析确定，以便系统集成和调试及自动控制；

（7）冗余度：考虑到传感测试元件存活率可能出现的问题，系

统设计中个别监测项目的监测点时适当考虑冗余度；

（8）耐久性：结构安全监测系统通常要运行数年，这就要求传

感器必须经久耐用，尽可能少的更换，以保证测试数据的长期连续有

效。

（9）可更换性：桥梁设计年限一般至少为50年，因此在桥梁

整个生命周期内，几乎所有传感器都面临着若干次的更换问题。所以

在传感器选型时应尽可能考虑选择外装可更换性好，更换时对桥梁本

身结构不产生损坏的产品，并能满足更换时测试数据的连续性。

6.1.3桥梁挠度监测

6.1.3.1监测的重要性

桥梁结构基础的稳定，是桥梁安全运营的前提，桥梁的沉降会给

桥梁结构安全造成多方面不利影响。过大沉降会使得桥梁结构产生过

大的附加内力、桥梁线形的恶化以及桥梁附属设施（支座、伸缩缝、

栏杆等）的损坏。桥梁恒载作用下，桥梁线形是桥梁整体安全状态的

重要标志。活载作用下，桥梁挠度是评价桥梁使用功能和安全性的重

要指标之一，是桥梁整体刚度的重要标志。通过对桥梁挠度的监测，

可以从整体上把握桥梁健康和安全状态。

当桥梁结构的主梁挠度过大时，轻则降低车辆通过的舒适感，重

则影响结构的承载力。因此，不管是从承载力极限状态还是正常使用

极限状态考虑，对主梁挠度进行监测都具有重要的工程实际应用价值。

6.1.3.2监测的设备

桥梁挠度监测采用压差式静力水准仪，压差式静力水准监测系统

主要用于桥梁、涵洞、地铁及周边建筑物等结构物沉降或挠度的长期

自动化监测，采用精密数字化温度补偿和非线性修正技术，一体化的

结构设计和标准化的信号输出，具有体积小、精度高、重量轻、量程

覆盖范围宽等特点。主要技术参数如下：

表6.1静力水准仪主要技术参数

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

量程：土100mm

1静力水准仪桥梁挠度监测

灵敏度:0.01mm

2自动化数据采集仪采集通道：40桥梁挠度监测

记录存储：85000组

6.1.3.3监测点位布置

挠度监测采用静力式水准仪，选择主墩截面和主跨、边跨代表性

截面作为结构健康监测断面，主墩截面共设置4个（D「D4）,主跨

每孔设置跨中、四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面，边跨每孔

设置1个跨中监测断面，主跨和边跨共设置5个监测断面（K1〜K5）,

每截面布置2个位移测试传感器，分别固定于两侧护栏的底部，测点

布置示意图如下所示:

图6-2主梁挠度监测截面布置示意图

,位移测点

图6-3主梁横断面挠度测点布置示意图（单幅）

6.1.4桥体结构应变、温度监测

6.1.4.1监测的重要性

桥梁在运营荷载作用下结构受力复杂，由于应变监测可以反映桥

梁的刚度性能，并间接反映桥梁的稳定性，是对桥梁进行长期健康监

测和健康评估的主要指标。因此对该指标进行实时监测，有助于了解

桥面系的受力状况。

6.1.4.2监测的设备

桥梁桥体结构应变、温度监测采用振弦式应变计，该传感器在被

测结构物内部的应力发生变化时一，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，无源、不带电、本质安全，

不受电磁干扰及雷击损伤。主要技术参数如下：

表6.2振弦式应变计主要技术参数

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

量程：±1500u£

桥体结构应

分辨率：0.1ue

1振弦式应变计变、温度监

测量标距：50"200mm

测

工作温度范围：-50~80℃

6.1.4.3监测点位布置

三江口大桥主桥为三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，根据该类桥

的受力特点，本方案选择主墩截面和主跨、边跨代表性截面作为应变、

温度监测断面，主墩截面共设置4个（D「D4）,主跨每孔设置跨中、

四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面，边跨每孔设置1个跨中监

测断面，主跨和边跨共设置5个监测断面（K1〜K5）,测点布置示意

图如下所示。

图6-4应变、温度监测截面布置示意图

图6-5主梁横断面应变、温度测点布置示意图（单幅）

6.1.5动力响应监测

6.1.5.1监测的重要性

桥梁结构在移动的车辆、人群以及风力和地震等动力荷载作用下

会产生振动。桥梁结构振动，是伴随着外作用输入（车辆动荷载、风

力、地震波）和摩擦损耗（材料内摩擦和连接及支撑的摩擦），结构

体系的变形能量和运动能量互相转换的周期性过程。桥梁结构的振动

是桥梁结构分析的一项重要内容，其影响因素复杂，仅靠理论分析还

不能满足工程应用的需要，一般需采用试验分析和试验测试相结合的

方法解决，桥梁动载试验就成为解决该问题必不可少的手段。桥梁结

构的动力特性（振型、频率和阻尼比）是桥梁承载能力评定的重要参

数，同时也是识别桥梁结构工作性能和桥梁抗震能力分析的重要参数。

在车辆动载和个别情况下人群动荷载、风力和地震作用下，桥梁

结构产生的振动会增大桥梁结构的内力，并可能引起结构局部疲劳损

伤，或形成影响桥上行车的舒适与安全的振动变形和加速度，甚至使

桥梁完全破坏。因此，有必要引入桥梁的振动监测来识别桥梁的动力

特性从而对桥梁结构的承载能力以及安全状况做出正确的评估。

6.1.5.2监测的设备

桥梁动力响应监测采用加速度计，加速度计可用于多种场合的频

率测试，低频响应良好，高频有较好的灵敏度一致性，并可回收重复

利用。广泛运用于各种工业需要监测振动的环境中，在桥梁振动监测、

拉索索力监测、爆破振动监测和电机振动监测等领域运用都非常成熟。

主要技术参数如下：

表6.3加速度计主要技术参数

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

量程：±10g

动力响应

1加速度传感器分辨率：0.5mg

监测

频响范围:O"lOOOHz

工作温度范围：-50"80℃

传输距离：10km

6.1.5.3监测点位布置

三江口大桥主桥为三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，根据该类桥

的受力特点，本方案选择主跨、边跨代表性截面作为动力响应监测断

面，主跨每孔设置跨中、四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面,

边跨每孔设置1个跨中监测断面，主跨和边跨共设置5个监测断面

(K1〜K5),测点布置示意图如下所示。

图6-6动力响应监测截面布置示意图

图6-7主梁横断面动力响应测点布置示意图(单幅)

6.1.6环境及效应监测

6.1.6.1监测的重要性

桥梁结构的响应量（如应变、挠度、自振频率、振动幅度及振型

等）除与结构本身特性及其所受的荷载有关外，还与结构所处的环境

条件（如交通荷载、环境温度、湿度、风速、边界条件等）密切相关。

例如，在潮湿的天气，混凝土由于吸收了大量的湿气，这就增加了结

构的质量，从而改变结构的自振频率。

对于桥梁结构的整体评估与损伤识别，目前有多种方式。研究结

果表明：动力参数在数值模拟以及实验室条件下进行的简单结构的损

伤识别是成功的，但实际应用则不尽人意。其主要原因在于：实桥结

构的动力参数受非结构因素的不确定性及边界条件等的影响较大，特

别是环境因素的干扰，结果导致对反映桥梁结构健康状态较为敏感的

参数（如结构刚度、变形以及自振频率、振型、阻尼等）难以准确测量。

因为这些参数本身不仅对结构的损伤较为敏感，对环境条件的变化也

是非常敏感的，其中环境温湿度变化的影响最为明显。因此，在桥梁

健康监测过程中，应对结构的温度场进行监测和分析，甄别监测量的

变化是由温度引起的还是由结构损伤所致，从而减少误判，提高监测

的可靠性。

6.1.6.2监测的设备

环境监测采用气象站进行监测，气象监测站主要用于空气温度、

湿度、气压、风速和风向时时监测、该系统由一体式金属喷漆支架、

数据采集仪、相关参数传感器及电源系统组成。气象参数可通过有线

或无线方式传输到计算机终端。为用户提供及时的气象资料或准确的

可利用数据。主要技术参数如下：

表6.4气象站主要技术参数

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

温度测量范围：-30℃~70℃

相对湿度测量范围：0^100%

环境及效

1气象站气压测量范围:3001200百帕

应监测

风向测量范围:0~360°

风速测量范围：0~60米/秒

6.1.6.3监测点位布置

气象传感器采用超声波风速风向测量技术，结合冲击原理雨量测

量技术、内部温度补偿技术以及集成式的一体化设计，集风速、风向、

雨量、温度、湿度、气压六种气象要素为一体。该测点主要布置在主

跨桥面，各个方向无遮挡处，利用螺栓与支架钻孔固定。本方案选择

主跨、边跨跨中截面作为环境效应监测断面，测点布置示意图如下所

示:

图6-8环境效应监测截面布置示意图

图6-9主梁横断面环境效应测点布置示意图（单幅）

6.1.7车辆荷载监测

6.1.7.1监测的重要性

桥梁在车辆荷载作用下，将产生疲劳、振动、瞬态响应，动力效

应等引起结构的损害，尤其对局部结构影响更大，造成主体结构的可

靠度，严重时会影响到整体结构的正常使用，因此车辆荷载的监测在

桥梁结构安全上是十分重要的。

6.1.7.2监测的设备

车辆荷载监测主要采用视频监控，根据桥梁的限行车辆载重进行

自动记录，并应于其他监测系统的软硬件接口兼容。

6.1.7.3监测点位布置

测点宜布置在主桥上桥方向振动较小的断面。车轴车速仪与摄像

头应相应配套，摄像头的监视方向为来车方向。

6.2浦阳江一桥

6.2.1测点布置原则

浦阳江一桥主桥为三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，根据该类桥

的受力特点，本方案选择主墩截面和主跨、边跨代表性截面作为结构

健康监测断面，主墩截面共设置4个（D1〜D4）,主跨每孔设置跨中、

四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面，边跨每孔设置1个跨中监

测断面，主跨和边跨共设置5个监测断面（K1〜K5）,监测截面示意

图如图所示：

图6T0监测截面布置示意图

6.2.2传感器选择原则

测试元件以及监测仪表的好坏从根本上决定了整个安全监测及

安全监控预警系统中数据采集和数据传输是否准确、有效。由于国内

外生产、销售可用于土木工程结构监测、检测设备的厂家众多，各厂

家生产的传感器性能及价格千差万别，即便是同一类型的传感器，不

同型号技术性能和价格亦不尽相同，因此在进行系统监测仪器的选择

上应参考如下要求：

(1)先进性：为提高建成后桥梁的信息化、数字化管理水平，

要求系统的感测试仪器等监测设备必须具有一定国际先进水平；

(2)精确性：可靠的监测仪表还必须具备必要的精度，能准确

的反映出效应量(或原因量)的变化。选择传感器时，必须对结构部

位的受力进行分析，选择精度满足桥梁监测要求的传感测试仪器；

(3)可靠性：选择的桥梁监测仪器设备必须能在恶劣的桥梁自

然环境下长期稳定可靠运行，尽可能选择已在同类项目中广泛使用，

并证明使用效果好的监测仪表及传感设备；

(4)简便性：仪器结构简单，牢固可靠，率定、埋设、测读、操

作、维修方便，便于更换，使操作人员易于掌握，有利于提高量测速

度和精度。

(5)经济实用性：传感测试仪器及配套仪表须有合理的性能/价

格比，满足桥梁结构监测特性及养护管理实用性的要求；

(6)自动化性：传感测试及采集设备选型时，应从技术先进、

可靠实用、经济合理以及自动化测控技术发展水平相适应等方面进行

综合分析确定，以便系统集成和调试及自动控制;

(7)冗余度：考虑到传感测试元件存活率可能出现的问题，系

统设计中个别监测项目的监测点时适当考虑冗余度；

(8)耐久性：结构安全监测系统通常要运行数年，这就要求传

感器必须经久耐用，尽可能少的更换，以保证测试数据的长期连续有

效。

(9)可更换性：桥梁设计年限一般至少为50年，因此在桥梁

整个生命周期内，几乎所有传感器都面临着若干次的更换问题。所以

在传感器选型时应尽可能考虑选择外装可更换性好，更换时对桥梁本

身结构不产生损坏的产品，并能满足更换时测试数据的连续性。

6.2.3桥梁挠度监测

6.2.3.1监测的重要性

桥梁结构基础的稳定，是桥梁安全运营的前提，桥梁的沉降会给

桥梁结构安全造成多方面不利影响。过大沉降会使得桥梁结构产生过

大的附加内力、桥梁线形的恶化以及桥梁附属设施(支座、伸缩缝、

栏杆等)的损坏。桥梁恒载作用下，桥梁线形是桥梁整体安全状态的

重要标志。活载作用下，桥梁挠度是评价桥梁使用功能和安全性的重

要指标之一，是桥梁整体刚度的重要标志。通过对桥梁挠度的监测,

可以从整体上把握桥梁健康和安全状态。

当桥梁结构的主梁挠度过大时，轻则降低车辆通过的舒适感，重

则影响结构的承载力。因此，不管是从承载力极限状态还是正常使用

极限状态考虑，对主梁挠度进行监测都具有重要的工程实际应用价值。

6.2.3.2监测的设备

桥梁挠度监测采用压差式静力水准仪，压差式静力水准监测系统

主要用于桥梁、涵洞、地铁及周边建筑物等结构物沉降或挠度的长期

自动化监测，采用精密数字化温度补偿和非线性修正技术，一体化的

结构设计和标准化的信号输出，具有体积小、精度高、重量轻、量程

覆盖范围宽等特点。主要技术参数如下：

表6.5静力水准仪主要技术参数

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

量程：±100mm桥梁挠度监

1静力水准仪

灵敏度：0.01mm测

采集通道：40桥梁挠度监

2自动化数据采集仪

记录存储:85000组测

6.2.3.3监测点位布置

挠度监测采用静力式水准仪，选择主墩截面和主跨、边跨代表性

截面作为结构健康监测断面，主墩截面共设置4个(D1~D4),主跨

每孔设置跨中、四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面，边跨每孔

设置1个跨中监测断面，主跨和边跨共设置5个监测断面(K1〜K5),

每截面布置2个位移测试传感器，分别固定于两侧护栏的底部，测点

布置示意图如下所示:

图6-11主梁挠度监测截面布置示意图

[1早______________________________________________________________________________________

-------------------------------------------------------------------~—---------.

----------------.—、-_____________

位移测点

图6-12主梁横断面挠度测点布置示意图（单幅）

6.2.4桥体结构应变、温度监测

6.2.4.1监测的重要性

桥梁在运营荷载作用下结构受力复杂，由于应变监测可以反映桥

梁的刚度性能，并间接反映桥梁的稳定性，是对桥梁进行长期健康监

测和健康评估的主要指标。因此对该指标进行实时监测，有助于了解

桥面系的受力状况。

6.2.4.2监测的设备

桥梁桥体结构应变、温度监测采用振弦式应变计，该传感器在被

测结构物内部的应力发生变化时，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，无源、不带电、本质安全,

不受电磁干扰及雷击损伤。主要技术参数如下：

表6.6振弦式应变计主要技术参数

序号设备名称主要技术性能指标测量项目

量程：±1500口£

桥体结构

分辨率：0.1UE

1振弦式应变计应变、温度

测量标距：50~200mm

监测

工作温度范围：-50~80℃

6.2.4.3监测点位布置

浦阳江一桥主桥为三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，根据该类桥

的受力特点，本方案选择主墩截面和主跨、边跨代表性截面作为应变、

温度监测断面，主墩截面共设置4个（D1~D4）,主跨每孔设置跨