智慧市政的桥梁管理云平台解决方案

智慧市政的桥梁管理云平台

解

决

方

案

目录

1.工程概况.................................................5

2.监测必要性及意义.............................................6

2.1监测必要性..............................................6

2.2监测意义...............................................10

3.监测依据....................................................12

4.监测内容....................................................14

5.系统设计....................................................18

5.1系统设计原则...........................................18

5.2系统组成...............................................19

5.2.1传感器子系统.....................................20

5.2.2数据采集子系统...................................20

5.2.3数据传输子系统...................................21

5.2.4数据库子系统.....................................21

5.2.5数据处理与控制子系统.............................22

5.2.6安全评价与预警子系统.............................22

6.监测布点及设备..............................................24

6.1传感器选择原则.........................................24

6.2监测项目及设备参数.....................................26

6.2.1挠度监测.........................................26

测点布设....................................26

监测设备....................................27

监测原理....................................29

621.4设备安装...................................30

6.2.2应变监测.........................................39

624.4测点布设.....................................39

监测设备.....................................39

监测原理.....................................41

6.2.4A设备安装.....................................41

6.2.3索力/吊杆监测....................................44

测点布设....................................45

监测设备....................................45

磁通量传感器监测原理........................47

6.23.4磁通量传感器安装...........................47

6.2.4振动监测.........................................50

测点布设....................................50

6.2A.2监测设备...................................50

加速度计监测原理...........................52

加速度计安装...............................52

6.2.5伸缩缝监测.......................................54

测点布设....................................55

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

625.3监测原理...................................57

设备安装....................................57

6.2.6环境温湿度监测...................................63

测点布设....................................64

监测设备....................................64

监测原理....................................65

6.2.6A设备安装...................................66

6.2.7风速风向监测.....................................71

测点布设....................................72

监测设备....................................72

监测原理....................................73

设备安装....................................74

7.系统数据的采集、传输、处理...................................77

7.1在线健康监测系统无线数据传输方式.......................77

7.1.1无线数传模块.....................................77

7.1.2无线远程数传采集系统具备的特点...................78

7.2数据处理...............................................79

7.3数据优化...............................................80

8.阈值确定及分级预警..........................................83

8.1预警阈值的确定原则.....................................83

8.2分级预警...............................................84

9.系统供电和防雷..............................................86

9.1系统供电...............................................86

9.2系统防雷...............................................86

10.软件系统...................................................88

10.1软件系统设计..........................................88

10.2软件功能..............................................88

1.工程概况

根据实际情况编制

2.监测必要性及意义

2.1监测必要性

鉴于市政的桥梁结构施工监控及运营期监测在工程的

建设以及运营管理中所发挥的作用，从以下几方面阐述整

个系统建设的必要性：

1）社会智能化建设要求

要加快推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深

度融合。随着中国社会智能化建设的推进，广泛利用云计

算、物联网、大数据、人工智能、移动互联网、BIM、北斗

等先进的现代化技术成果，构建技术先进、结构合理、功

能完善、管理科学、安全可靠、具有中国特色的智能化信

息系统成为了中国社会高质量发展的标志。

因此，有必要应用传感技术、物联网、云计算、地理

信息、卫星导航等现代信息技术，可形成重点市政的桥梁

运营状态的全息化智能感知、快速辨识、风险评估、预警

和应急处置能力。

2）施工安全要求

通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析及成桥状态

预测得出合理的反馈控制措施，使施工过程中结构内力合

理，结构变形控制在允许范围内，确保结构施工过程中结

构的安全和稳定，给施工过程提供决策性技术依据，为结

构行为控制提供理论数据，从而正确地指导施工，使成桥

后的桥塔偏位、桥面线形达到设计要求，并且使结构的内

力分布与设计理想的内力状态基本吻合，确保市政的桥梁

施工安全。

3）施工控制要求

斜拉桥为高次超静定结构，安装过程中结构体系将随

施工阶段不同而变化；结构的实际参数与理论值肯定有差

异，现场施工荷载与环境也是不断变化的；以上种种原

因，必将使施工过程中的内力和位移偏离设计值，因此施

工过程中必须对线形及内力进行控制，对施工步骤及控制

条件做出调整，防止施工中的误差积累。

4）环境特点要求

大桥在建成通车后，由于受到气候、腐蚀和老化等因

素的影响，其强度和刚度会随着时间的增加而降低，不仅

会影响行车安全，更会缩短市政的桥梁的使用寿命。因此

有必要建立一个结构运营安全监测系统对使用中市政的桥

梁结构所处环境条件实时监测，研究结构受力、变形、耐

久性等与环境因素之间的联系，评估其在所处环境条件下

的可能发展态势及其对结构安全运营造成的可能潜在威

胁。

5）一体化要求

施工监控是在市政的桥梁施工过程中通过控制各施工

阶段的标高，使成桥后主梁能达到设计所要求的线形和应

力状态，而运营期监测系统通过对市政的桥梁结构运营过

程的长期连续监测，对结构的服役情况、可靠性、耐久性

和承载能力进行性能评估，为大桥维修养护提供依据和信

号。

市政的桥梁施工监测和控制与使用其监测均是通过监

测手段，测试市政的桥梁结构的内力、变形、环境和荷

载，因此在传感器子系统、数据采集与传输子系统、结构

安全评价子系统以及数据库管理子系统等方面都具有很大

的共享性和重复性。此外，各阶段在时间顺序上具有衔接

性，每一个阶段的监测数据是后一个阶段的基础，为节约

资源、降低工程造价、应充分发挥各个子系统的共享性，

对各子系统统筹规划和实施，采取统一设计、统一施工和

统一管理的方式，实现市政的桥梁施工监控和运营期监测

一体化的工程实施。可减少监测成本的投入，创造良好的

经济效益和社会效益。同时，为了加强设计、施工配合，

将施工单位的施工监控纳入一体化运营期监测系统，可以

做到施工、成桥、维养数据间的无缝衔接，最大限度的提

高监测数据的利用率，实现了建造、运营、养护全过程的

数据全覆盖，通过与施工监控数据的对比分析，可了解市

政的桥梁运营期安全状况的演变过程和规律，弥补了传统

运营期监测系统缺少前期施工等历史数据的缺陷，提高了

市政的桥梁安全评估及预测预报的精度，为深入研究市政

的桥梁的行为特征提供了基础，有助于市政的桥梁建造和

养护管理一体化水平的提高。

施工监测及运营期监测一体化需具备以下原则：

1）对施工监控的测点和仪器状况进行梳理，在一体化

运营期监测中尽量加以利用，既节省了费用，更实现了施

工及运营期间数据的无缝衔接。

根据施工监控的具体实施内容，对施工监控测点的可

利用性进行逐层分析，一般情况下，可将桥塔最不利受力

截面的应力状态和温度情况施工监测、梁部最不利受力截

面的应力状态和温度情况施工监测、斜拉索索力及温度情

况施工监测纳入到运营期监测系统中，避免设备的重复投

资。

2）对该桥施工阶段划分以及运营期间的特点，合理设

置控制断面，测试设备提前充分预埋。施工过程中注意测

试设备的保护，保证测试设备在施工及运营期都能服役。

3）尽量采用技术成熟、耐久性好的配套产品，保证系

统的精确性、稳定性；设置适度冗余的传感器及相关设

备，保证系统的可靠性，并满足系统改进、扩展和完善的

要求。

2.2监测意义

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市政的桥梁结构健康监测系统，可

极大地延拓市政的桥梁的监测内容，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，对市政

的桥梁的运营安全和提高市政的桥梁的管理水平具有极大

的指导意义。通过为市政的桥梁建立一个先进实用的市政

的桥梁健康与安全状况监测系统，主要功能如下：

(1)通过对相关的内容的监测，建立监测系统，实时

掌握市政的桥梁运营状况，有效保证市政的桥梁的安全。

(2)了解市政的桥梁的结构变形、应力等情况，当超

过预警值时可及时预警，实现市政的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，对灾害进行有效评估，给决策者

提供相关依据，使运维方案等更加合理，提高市政的桥梁

的使用寿命。

(4)合理配置市政的桥梁养护维修资源，为降低市政

的桥梁运营维护成本提供科学技术依据，保证市政的桥梁

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。通过对市政的桥梁的

监测，获取结构应变的原始数据，为相关的科学研究提供

相关数据和分析服务。

(6)验证市政的桥梁的设计建造理论与方法，以及施

工工艺，从而完善相关设计施工技术规程，提高市政的桥

梁设计及加固方法的设计水平和安全可靠度，保障市政的

桥梁的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛

的应用前景。

3.监测依据

监测系统设计主要参考下相关规范和标准和相关的技

术文件等，主要参考规范为：

(1)《公路市政的桥梁结构安全监测系统技术规程》

(JT/T1037-2016)；

(2)《建筑与市政的桥梁结构监测技术规范》

(GB50982-2014)；

(3)《结构健康监测系统设计标准》(CECS333-

2012)；

(4)《公路桥涵养护规范》(JTGH11-2004)；

(5)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-

2011)；

(6)《公路市政的桥梁技术状况评定标准》(JTG/T

H21-2011)；

(7)《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)；

(8)《市政的桥梁工程检测手册》，人民交通出版

社，2010；

(9)《桥涵工程试验检测技术》，人民交通出版社

2004；

(10)《综合布线系统工程设计规范》(GB50311-

2016）；

(11)《公路工程质量检测评定标准》(JTGF80/1-

2017)；

(12)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规

范》(JTG3362-2018)

(13)《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)；

(14)《公路市政的桥梁承载能力检测评定规程》

(JTG/TJ21-2011)；

(15)《工程测量规范》(GB50026-2007)；

(16)《工程振动测量仪器和测试技术》，中国计量

出版社,2001；

(17)《精密工程测量规范》(GB/T15314-1994)；

(18)《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)；

(19)《综合布线系统工程验收规范》(GB/T50312-

2016)；

(20)《计算机软件可靠性和可维护性管理》

(GB/T14393-2008)；

(21)《计算机场地安全要求》(GB/T9361-2011)；

(22)《电气装置安装工程低压电器施工及验收规

范》(GB50254-2014)

以及其他相关的标准、规范等。

4.监测内容

监测系统设计中，结合相关规范要求并根据市政的桥

梁的几个方面确定系统监测内容。

（1）基于结构形式的分析；

（2）大桥工作环境方面的分析；

（3）基于养护管理系统的分析；

（4）市政的桥梁易发事故分析；

（5）基于市政的桥梁重要程度的分析。

并结合《建筑与市政的桥梁结构监测技术规范》

（GB50982-2014）,对于使用期间的市政的桥梁安全监测

项目，如下表所示。

表4.1施工期间监测项目

基环境及效应监

变形监测

础应测

沉变

降竖水监温振

风

监向平测度动

测

梁桥★★O★O★O

拱桥★★▲★O★O

斜拉

★★▲★★★O

桥

悬索

★★▲★★★O

桥

注：1★应监测项，▲宜监测项，。可监测项；

根据市政的桥梁结构的特点，考虑市政的桥梁的重要

程度、工作环境等，在进行健康监测时，以下各监测内容

是非常重要的：

（1）结构变形监测：包括梁体、塔变形、桥墩倾斜和

沉降等；

（2）结构应力（应变）监测：市政的桥梁重要部位

（市政的桥梁跨中关键部位等）静态的应力（应变）测

试；

（3）索力/吊杆监测：主跨斜拉索索力、吊杆拉力、系

杆拉力的监测；

（4）结构振动特性与振动水平：包括振动特性的测试

与分析、地震动；

（5）伸缩缝/裂缝监测：主桥与引桥间伸缩缝大小变

化、裂缝变化；

（6）环境监测：监测大桥所处环境的温湿度、风速风

向、雨量等。

表4.2真武路潇河大桥监测内容及位置

监测项传感器安装位置测点数量

拱肋位置及

结构温度温度传感器72

跨中

主跨、从跨

挠度静力水准仪44

和边跨

拱肋位置及

应变表面式应变计72

跨中

温湿度温湿度传感器拱顶位置2

超声波风速风向

风速风向桥面位置1

仪

桥面跨中和

振动加速度计36

顶部

斜拉索索力磁通量传感器斜拉索36

市政的桥梁

伸缩缝监测直线位移传感器两端伸缩缝4

处

表4.3大运路潇河大桥监测内容及位置

监测项传感器安装位置测点数量

拱肋位置及

结构温度温度传感器40

跨中

主跨、从跨

挠度静力水准仪20

和边跨

拱肋位置及

应变表面式应变计40

跨中

温湿度温湿度传感器拱顶位置2

超声波风速风向

风速风向桥面位置1

仪

桥面跨中和

振动加速度计10

顶部

吊杆拉力磁通量传感器吊杆48

巾政的桥梁

伸缩缝监测直线位移传感器两端伸缩缝4

处

5.系统设计

5.1系统设计原则

系统的设计应满足一定的原则，尽量做到可靠、经

济、合理。监测系统是提供获取市政的桥梁结构信息的工

具，使决策者可以针对特定目标做出正确的决策，设计原

则如下：

(1)保证系统的有效性。针对大桥的结构特点，根据

结构状态识别和安全性评估要求确定监测系统的监测项目

与传感器测点布设。

(2)保证系统的可靠性：由于真武路潇河大桥及大运

路潇河大桥结构安全监测系统为野外实时运行，需保证系

统的可靠性，否则先进的仪器，在系统损坏的前提下也发

挥不出应有的作用及效果。

(3)保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能

与现在技术成熟监测及测试技术发展水平、结构安全监测

的相关理论发展相适应，具有先进和超前预警性。

(4)可操作和易于维护性：系统应易于管理、易于操

作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，方

便更新换代。

(5)系统应该具有很好的开放性、兼容性。在满足功

能要求的前提下，应充分考虑现代技术的快速发展，以便

系统升级。同时能够实现与交通工程、管理养护等系统对

接，实现信息共享。

(6)系统具有远程固件升级功能：根据系统自检以及

系统需求可通过远程固件进行完善，且系统具备各种类型

的通讯协议和接口，可为后期设备升级服务。

(7)以最优成本控制：监测系统的一个原则就是利用

最优布控方式做到既节省项目成本、后期维护投入的人力

及物力，又能最大限度发挥出监测的效果。

总之，系统坚持贯彻“技术可行、实施可能、经济合

理”的基本原则，使得监测系统做到可用、实用、好用的

程度，充分发挥作用，为市政的桥梁养护管理及安全运营

提供数据上和技术上的支持。

5.2系统组成

系统由感知层、传输层和运用层组成，具体为传感器

系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系

统、数据处理与控制系统、安全评价和预警子系统，通过

各个层相互协调，实现系统的各种功能。现就对系统组成

及功能进行介绍。

传感器子系统

数据采集子系统

数据传输子系统

I匚

数据库子系统

应用层

数据处理与控制子系统

软件系统

安全评价、预警子系统

图5-1在线监测系统拓扑图

5.2.1传感器子系统

自动化监测传感器子系统作为感知层，是整个监测系

统的基础部分，能在恶劣条件下，对监测结构物的各监测

项能提供真实、实时和可靠的安全监测数据。传感器子系

统即把结构等的变化，转换成其他信号的方式，例如声、

光、电、磁等，对结构的变化进行定量，转换成人们比较

熟悉的数值等，从而了解结构的受力及其他参数等。

5.2.2数据采集子系统

数据采集子系统就是采集传感器子系统测量的环境条

件和结构自身的声、光、电、磁等信号，并将信号处理成

数字信号。数据采集子系统应当具有一定的诊断功能，对

于异常的信息数据、传感器失效和损坏部位等能进行快速

的分辨，并且保证系统能够在恶劣的气候条件（如雨、

雪、飓风、地震、暴雨等）下正常运行，连续的采集传输

市政的桥梁安全监测各监测项的信息数据。数据采集子系

统还具有一定的数据初步处理功能。

5.2.3数据传输子系统

数据传输子系统常用的通信方式有GPRS/3G/4G、光纤

和无线网桥。视频数据的传输常用的方式有光纤等。组网

方式的选择原则如下：

(1)手机信号能够覆盖的地区，应优先考虑选用

GPRS/3G/4G进行组网，运营商根据实际情况选择；

(2)现场和监控中心可通视，且距离不超过10km,

可考虑采用无线网桥的方式进行数据传输；

(3)现场无手机信号或数据流量过大(含视频监控)

时，需采用光纤进行传输。

5.2.4数据库子系统

数据库子系统是一种数据处理系统，为实际可运行的

存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介

质、处理对象和管理系统的集合体。其软件主要包括操作

系统、各种宿主语言、实用程序以及数据库管理系统。数

据库子系统由数据库管理系统统一管理，数据的插入、修

改和检索均要通过数据库管理系统进行。数据管理员负责

创建、监控和维护整个数据库，使数据能被任何有权使用

的人有效使用。

5.2.5数据处理与控制子系统

数据处理与控制子系统是数据传输子系统的下一个环

节，对于数据采集和传输子系统采集传输过来的大量原始

数据资料，需要通过数据处理与控制子系统，进行深一步

的处理和分析。通过软件、硬件系统的处理，进行数据校

对检验、总体数据初步分析、响应后续子系统功能模块的

指令等等。数据处理和控制子系统实现了数据查询、存

储、可视化等结构化处理，控制着市政的桥梁处安装的数

据采集设备，通过数据库操作实现了数据的提取和处理，

是对原始数据进行处理和分析的关键系统部分。

数据处理与控制主要包括对数据进行过滤、二次处理

等，并用原始数据或曲线等进行展示，然后APP或者PC

端，进行原始数据或者以曲线的形式等进行展示，打印相

关表、数据等。针对动态称重系统，可通过监控中心设备

进行查看和展示。

5.2.6安全评价与预警子系统

安全评价与预警子系统的主要功能就是对采集数据进

行统计分析，并对各种环境条件下，在一定的温度和荷载

作用下，结构关键部件和控制截面的参数值，确定应力等

的值域范围。在各种情况下，监测关键参数的变化，并通

过数据判断出变化趋势，在遇到突发状况的时候，能够提

前判断结构各种状况，在应力和应变等达到限值的时候发

出预警信息，结合预警机制，及时对不稳定结构或可能出

现失稳的结构采取一定的治理措施进行防治，防止灾害的

发生或扩大，减少损失。

6.监测布点及设备

6.1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设备的选择上

应参考如下要求：

(1)先进性：为提高建成后市政的桥梁的信息化、数

字化管理水平，要求系统的传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

市政的桥梁监测要求的传感测试仪器；

(3)可靠性：选择的市政的桥梁监测设备必须能在恶

劣的市政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，满足市政的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：市政的桥梁设计年限一般至少为50

年，因此在市政的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，更换时对市政的桥梁本身结

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监测项目及设备参数

6.2.1挠度监测

市政的桥梁结构基础的稳定，是确保市政的桥梁安全

运营的前提，市政的桥梁的沉降会给市政的桥梁结构造成

多方面不利影响。过大沉降会引起市政的桥梁结构产生过

大的附加内力、市政的桥梁线形的恶化以及市政的桥梁附

属设施(支座、伸缩缝、栏杆等)的损坏。市政的桥梁恒

载作用下市政的桥梁线形是市政的桥梁整体安全状态的重

要标志。活载作用下，市政的桥梁挠度是评价市政的桥梁

使用功能和安全性的重要指标之一，是市政的桥梁整体刚

度的重要标志。通过对市政的桥梁挠度的监测，可以从整

体上把握市政的桥梁健康和安全状态。

测点布设

(1)基准点设置

静力水准仪的基点水箱需设置在稳定点。全系统通过

智能控制获取同一时刻的测量值，以消除由于测量时间不

一致而引起的量测误差。另外，为消除大气压、温度等的

影响，应考虑在连通管中注入清洁、消毒、消应力的蒸储

水作为液体以克服毛细现象，并采用封闭的连通管测量系

统，通过空气连接软管达到大气压力的均衡。在布设连通

管系统时，优化纵向水管、基准点液面、测点处测量管液

面三者之间的相对位置高度。通过最大限度地降低测量管

的高度，并用温度传感器直接量测液体温度，加入温度改

正系数以克服温度的影响。

（2）监测点布设

真武路潇河大桥连通管测点布设在各跨跨中、1/4跨、

支座处，两条水路，共计44个测点。大运路潇河大桥连通

管布设两条水路，共计20个测点。具体点位布置可根据现

场进行调整。

监测设备

市政的桥梁挠度采用静力水准仪监测，FS-JLSZ-V1.00

型静力水准仪是一款高精度、高稳定性的智能化静力水准

测量传感器。该产品造型美观，外形独特，采用铝合金材

质，轻量一体化结构，坚固耐用。它配有可续接的标准水

路接口和背压接口，带有锁紧功能的快速接头既便于管路

连接操作，又能确保水路和气路的密封性，供电和通讯采

用防水插件，一进一出，并且多台静力水准仪可以总线连

接且有手动排气装置。它是一款专为沉降监测而设计的产

品。具体参数指标如下表所示。

表6-1静力水准仪技术参数

设备名设备型

监测项技术指标设备图片

称号

量程：2000mm

综合精度：土

0.15%FS（典型

值）±0.25%FS

（最大值）

FS-长期稳定性土

桥墩沉

静力水JLSZ-0.2%FS/年

降和梁

准仪20-防护等级：IP674;

体挠度

V1.00工作温度：-

40℃〜80℃；

功耗：150mW

输出信号：RS485

负载能力：可串联

32台

采用数据采集系统进行采集，具体参数如下表所示。

表6-2数据采集系统技术指标

监测设备名设备型

技术指标设备图片

项称号

桥墩数据采

通道数：4

沉降集系统FS-D041■•.c,

通道

和梁V1.0

体挠

度

监测］原理

(1)工作原理：静力水准测量系统是基于连通管原理

的工程应用，测量系统由多个静力水准仪通过一根充满液

体的PU管连接在一起，最后连接到一个储液罐上，相比于

管线的容量，储液罐拥有足够大的容量，能够有效减少管

线容量因温度变化导致的细微变化所带来的影响。将储液

罐及其附近的静力水准仪视作基点，基点必须安装在垂直

位移相对稳定或者可以通过其他人工手段测量确定的位

置，接下来就可以通过查看测点静力水准仪的压力变化直

接测得该点的相对沉降。

图6-1系统连接示意图

(2)系统采集计算原理：根据连通管原理，系统搭建

完成后各测点基本处于同一标高，当连通管一端(末端)

密封后，整个通液管路中的液体是不流动的，当测点随结

构变形（沉降或隆起）时，测点相对于基点储液罐中的液

面的相对高差即产生变化，测点测值相应改变，此改变量

即为该测点的相对沉降量。

静力水准仪变量计算公式：

^=（hi-ho）-（Hi-Ho）

式中：

Ah——当前时刻测点计算值（即相对变形展示值），

KPa或mm；

hi---测点当前时刻测量值，KPa或mm；

ho——测点初始时刻测量值，KPa或mm；

Hi——基点当前时刻测量值，KPa或mm；

Ho——基点初始时刻测量值，KPa或mm（0.OlKPa对应

高度变化为1mm）o

设备安装

1、安装前的准备

（1）静力水准仪检测

现场收货后立即对静力水准仪进行测试并记录，看是

否运输过程中损坏；测试过程中可以顺便对静力水准仪进

行编号并标记。检测方法详见使用说明书。

备注：若测值在未有明显扰动情况下跳动较大（变化

幅度超过0.05KPa）,不得在项目现场使用，检测过程应轻

拿轻放，严禁磕、摔、碰、撞。水箱内可能在仓库存放时

间过长，导致灰尘、虫子，使用前需要清洗。

（2）安装点位确定

①通过方案或业主确定现场的安装点位，看是否与了

解的有出入。

②确定基点、测点的具体安装位置、安装高度。

基点应选择离沉降点位最近的稳定的点，现场安装

前，仪器安装点位需进行高程测量，静力水准仪安装位置

安装水平线应精确控制，各测点之间标高相对误差在10mm

内（安装后静力水准仪高度误差在10cm以内），保证后续

静力水准仪的量程使用率最高。高程确定有以下两种方

法：

a.水准仪测量。水准仪通过调平，使得看到的都

是同一水平面，如下图所示水准仪前后都摆放的有水平

尺，水准仪高差读数为后视读数减去前视读数；B点前

视尺读数为b,A点后视尺读数为a,两点之间高差

hab=Ha-Hb=a-b；

图6-2水准仪测量示意图

市政的桥梁安装一般都是侧壁安装，难以在一个面上

标记水平点，可以在市政的桥梁围栏上标记，安装的时候

下放相应高度即可。

图6-3市政的桥梁高程测量示意图

b.水管超平。水管超平使用的是连通器原理：在

相同的大气压强下，对开口的连通器注入同一种液体，

在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一

水平面上。

图6-4水管超平原理示意图

口确定采集箱的位置

采集箱位置要方便静力水准仪走线，方便接入电源，

信号强度达标。查看信号强度的方法：对于安卓手机，将

手机从4G模式改成3G然后点击手机设置一关于手机一状

态信息一sim卡状态，查看到信号强度如下图:

基站附近：-50dBm-0dBm

信号正常：-90dBm-60dBm

信号不好：-lOOdBm90dBm

信号弱：・110dBm~・100dBm

信号差（无信号）：・110dBm以下

图6-5信号强度测试图

④确定走线方式。

2、转点设置

如果桥体本身呈弧形，则需要测量高程来决定静力水

准仪的量程或者选择是否增加转点。一条水路因高差过

大，导致静力水准仪怎么安装都超出量程，则需铺设多条

水路；原则来说，转点越少越好，因为转点的数据计算方

式，转点以后的静力水准仪受转点影响导致测量累计误

差。

转折点的设置原则：安装在离第二条水路最近的第一

条水路的测点正上方或者正下方。如下图所示，测点CD2

与它前一测点CD1之间的高程差过大，需要设置转点，将

转点设置在CD1的正上方，如此，转点与CD1检测同一点

位的沉降，利用组合公式将转点与第一条水路联系起来。

转点的组合方式配置，如图：

OOCD2

CD4CD3..

JD

CD1

氏»3踪图

/

监测因素:沉降分俎监测///

类型：实体///

是否启用：是///

归属DTU编号:98s45039///

模块号：3///

通道号：1//Z

产品类型：江差可方力水典/

产品型号：FS-JUfe//

位或：静沙准必3/

采集延时(s):2(Z/J

计舞公式：|Base-(RefS-RelB)|

公式说明：也Nin客茎HdMnHrtX)以皇点计H公式

参效：初值(kN):0

图6-6转点组合方式配置图

C1-C4：测点

Base：活动基点值

RefS：远端测点值

RefB：远端基点值

3、静力水准仪安装方式解析

(1)先安装再通液。把水管、静力水准仪全部连接

好，先不密封最后一个静力水准仪水路出口，使水箱液体

通过大气压力流入水管内；在水路末端处用一个桶接流出

的液体，在通液过程中，按静力水准仪排气钮来排除气

泡，提前把此静力水准仪的气泡排除，最后在排液体的过

程中对接封闭式水管即可！(此方法适用于水管落差较大

的情况下，落差不大的工况，可能会使得液体流入速度过

慢，导致增加现场工时！）

（2）先通液再安装。在安装前把水管全部通满液体，

待安装时将水管剪断接入静力水准仪，再安装在测点上，

安装时从靠近水箱的安装点开始安装。此方法适用于水管

落差大的情况，但缺点是水路中气泡要按压静力水准仪上

排气钮慢慢来排除干净。

（3）先装水路、再通液，最后安装静力水准仪。先将

水管手拉手连接各静力水准仪的水路接口，在安装静力水

准仪的位置用扎带扎紧，再通液，将水路中的空气排出，

先从靠近储液罐一端的静力水准仪开始排气泡排向下一个

安装点，如此重复，静力水准仪安装完毕，气泡也随之排

除完毕。

4、设备安装

（1）安装桥架。设计好水路就可以确定桥架的具体安

装位置，桥架可以不用安装在同一水平面。如图，先打孔

安装桥架的固定支架，然后用桥架组件将两根桥架拼接起

来，沿桥架铺设方向，在两根桥架尾部连接相应组件；

（2）抄平放线、记录点位。首先按照图纸确认静力

水准仪安装位置，然后用水准仪或水管抄平方法，在安装

位置标记出水平点，使用墨斗在确定好的两个水平点之间

弹一条墨线，如下图所示。

图6-8抄平放线示意图

(3)安装静力水准仪支架。支架是采用L型结构。可

根据实际工况灵活应用安装方式，因静力水准仪可侧面安

装。为保证安装后水路平整，在安装支架打孔定位时直接

按照墨斗标记位置安装。

00

图6-9侧面安装示意图

在电锤钻头上用记号笔或胶带标记出钻孔深度，钻孔

深度应为膨胀螺栓底部至顶部螺母下边沿长度，且电锤选

用直径为①12mm钻头，然后在标记的位置处钻出2个安装

孔，用打气筒把安装孔内杂质及灰尘吹出，并用530清洁

剂把安装孔周围及整个安装面擦拭干净，在①8膨胀螺栓外

部及内部(膨胀管与螺栓间空腔间隙)均匀涂抹结构胶，

然后塞入安装孔内，接着把螺帽拧紧2-3圈后感觉膨胀螺

栓比较紧而不松动后拧下螺帽，再把安装支架圆孔对准膨

胀螺栓嵌入，然后逐个安装每个膨胀螺栓垫片、弹簧片及

螺母，并拧紧。

(4)安装保护罩。安装完支架后用记号笔标记保护罩安装

位置，按照安装静力水准仪支架的方法钻孔和安装保护

罩。

(5)安装储液罐支架。安装储液罐支架位置要保证储液罐

的出水口高于引压口的位置，水箱液面与静力水准仪引压

口的高度差不能超过静力水准仪量程(可以通过控制液面

的高度达到满足量程的目的，最好安装开始前大概算

下)。

(6)水路铺设。此步重点在于水管是放入桥架中的，

完成所有静力水准仪的接入，接好后的水管放入桥架内。

液体粘性大流动缓慢，一般采用先通液后安装的方

式。水路铺设前先将静力水准仪手拉手方式连接，用PVC

管刀剪断水管，水管切口需平整，水管连接到储液罐出水

口。在安装前将水路内部灌液体，在经过静力水准仪时不

断按压静力水准仪上的排气钮排除内部气泡；亦可安装静

力水准仪后对水路灌液体，然后液体在通过静力水准仪时

按压静力水准仪上的排气钮将静力水准仪水路腔里空气排

尽。

安装最后一个静力水准仪时将已经灌满液体排完气泡

的静力水准仪水路出口上连接封闭式水管，即在末端水管

不断排液时将封闭式水管接入静力水准仪出水口上，接入

速度要快，尽可能的减少气泡的产生。

通液时，水箱液面必须高于出水口，低于出水口会有

空气进入水管，在液体流过静力水准仪后，可以通过按压

静力水准仪排气钮排气，切记不能敲打静力水准仪，敲打

静力水准仪会造成容易损坏。如果液体不流动，可以在源

头处用小泵加注液体，如果用平包塑料金属软管防护水

管，在静力水准仪接入处建议不完全封闭，以便于查看气

泡，后续封闭可考虑用波纹管开口保护。

(7)气路铺设。监测系统的重点就在于气路封闭，因

此水箱上的出气口需接入三通，各静力水准仪的气管接口

用手拉手连接方式，最后一个静力水准仪气管通过水箱上

三通连接成回路即可。

(8)注意事项。

a.水管的切口必须剪得平整；

b.水管不能出现弯折，如果水路有拐角，可以把

水管呈一定角度，如下图所示。

6.2.2应变监测

市政的桥梁结构的应力监测是通过对应变监测间接实

现，主要监测市政的桥梁结构关键截面的受力情况，以了

解结构的长期或瞬态的受力情况。对于各市政的桥梁监测

段，受自重以及其他荷载的作用，会产生一定的应变，而

应变是应力的间接反映。大桥桥面受荷载的影响大，因此

对桥面有代表性断面的应力进行监测，可以了解作为主要

承力构件的受力状态，及时诊断市政的桥梁的病害，对市

政的桥梁结构进行疲劳分析十分必要。桥体作为主要承力

结构，受力是非常重要的，必须加强应变的监测。

测点布设

真武路潇河大桥监测点布设在主梁关键断面的顶部、

底部的中间和两侧，断面布置在5个支座处及4个跨中位

置，共9个断面。每个断面布设8个测点，共布设72个监

测点位。大运路潇河大桥监测点布设在主梁关键断面的顶

部、底部的中间和两侧，共5个断面。每个断面布设8个

测点，左右两幅共布设40个监测点位。具体点位布置可根

据现场进行调整。

监测设备

结构应变采用表面应变计，该仪器主要应用于公路、

市政的桥梁、民用建筑、隧道、地铁等混凝土、钢构、钢

筋及锚杆的应力测量，具有防水性能好、不受外界环境影

响、温度性能稳定等特点，具体技术参数指标如表所示：

表6-3振弦式表面应变计技术参数

监测设备名设备型

技术指标设备图片

项称号

测量范围±150

0/Z£；灵敏

度：0.5〃£；

应变表面式FS-

工作温度：-2

监测应变计BM15

0〜+70口；测

温精度：±0.

5口

由于是振弦类产品，故采用多通道振弦采集仪进行采

集，具体参数如下表所示。

表6-4多通道振弦采集仪

监测设备名设备

技术指标设备图片

项称型号

通道数：16通道；

多通道

应变FS-分辨率：频率

振弦采

监测F160.01Hz、温度

集仪

0.01□

精度：频率

0.05Hz、温度

±0.5口

采集范围：

400-3800Hz

6.243监测原理

振弦式应变计主要由夹弦器、钢弦、线圈以及安装头

组成，其中钢弦通过夹弦器与两端安装头相连，钢弦上被

预加一定张力固定于传感器内。根据经典弦原理，当弦长

一定时，钢弦固有频率的平方同弦的张力成正比关系，而

钢弦的张力同钢弦的应变成正比关系，也就是说钢弦固有

频率的平方同钢弦的应变也成正比关系。当被测结构物由

于外力作用产生形变，并通过应变计两端安装头传递至钢

弦使其应变量发生变化，从而导致钢弦固有频率亦随之改

变。通过测量钢弦频率的变化，即可得知被测结构物的应

变变化量。

设备安装

安装前准备

(1)表面应变计检测

用便携式单通道振弦采集仪逐一采集各应变计出厂频

率，每个表面应变计各采集5组数据，频率在一定范围内

且波动小。

(2)安装方向确认

安装前，确保安装方向正确。

仪器的安装

(1)在测点区域位置选取表面应变计安装点，并利用

角磨机对安装点表面进行打磨，以保证表面应变计安装面

平滑；

(2)把表面应变计按照平行于被测结构物应变监测方

向置于测点安装面上，使用记号笔通过表面应变计两端安

装头上圆孔标记出安装孔位置；

(3)在表面应变计安装孔标记处中心凿出一小凹槽，

防止后续电锤钻孔时打滑偏位；

(4)在电锤钻头上用记号笔或胶带标记出钻孔深度，

钻孔深度应为膨胀螺丝底部至顶部螺母下边沿长度，且电

锤选用直径为中10mm钻头，然后在第(2)步标记的位置

处钻出3个安装孔；

图6-16钻头上做记号

图6-17孔深的确定

(5)用气吹把安装孔内杂质及灰尘吹出，并用酒精棉

把安装孔周围及整个安装面擦拭干净；

图6-18吹出杂质

(6)在M6膨胀螺丝外部及内部均匀涂抹环氧树脂

胶，然后塞入安装孔内，接着把螺帽拧紧2-3圈后感觉膨胀

螺栓比较紧而不松动后拧下螺帽，再把表面应变计两端安

装头圆孔位对准膨胀螺丝嵌入，然后逐个安装每个膨胀螺

丝垫片、弹簧片及螺母，并拧紧；

(7)表面应变计两端螺母拧紧过程中应交替进行拧

动，不可一端拧紧后再拧紧另一端，同时在表面应变计两

端螺母拧紧过程中，还需用便携式单通道振弦采集仪不间

断采集应变计频率，以保证应变计两端螺母拧紧后输出频

率值与安装前频率值之差控制在-80〜+80Hz以内；

(8)记录应变计安装信息，如仪器编号、安装日期、

测点编号等，填入对应表内。

(9)24小时候后，在被测结构物无外界因素影响下,

读取表面应变计数据，每个应变计共读取5组数据，取其

平均值作为安装初始值记录。

说明：表面应变计初始读数需在安装完毕后采集。

6.2.3索力/吊杆监测

斜拉桥属高次超静定结构，所采用的施工方法和安装

顺序与成桥后的主梁线形及内力状态有密切关系，且在施

工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载工况的不断变化，结构

内力和变形也随之不断变化。结构每个节点坐标的变化都

会影响结构的内力分配，梁桥线形一旦偏离设计值，势必

导致内力偏离设计值。另外，主梁、索塔和拉索之间刚度

相差十分悬殊，受拉索垂度、温度变化、风力和日照影

响、混凝土收缩徐变等复杂因素干扰等，使力与变形的关

系十分复杂，特别是斜拉索的存在，使得设计计算和施工

控制更加复杂。斜拉索类似预应力作用，必须进行张拉才

能有效发挥作用。索力的大小对结构受力的影响很大，而

索力又通常在施工过程中进行有限次张拉后确定。由于施

工设备数量等条件限制，张拉只能逐根或分组进行。斜拉

索的张拉及索力的大小对整个斜拉索的受力有很大的影

响，其中包括对其他未张拉拉索的影响。因此，索力是影

响斜拉桥受力的一个核心因素，故除了在施工过程中需对

索力监测外，在运营期也需对索力进行监测。

测点布设

测点布设在所有斜拉索处，每根布置一个磁通量传感

器。

6.232监测设备

索力监测使用的传感器为磁通量传感器，主要运用于

斜拉桥斜拉索的索力测试、系杆拱桥吊杆和系杆的索力测

试、悬索桥的缆索体系的索力测试、悬索结构拉索的索力

测试，以及岩土工程的地锚索力测试、水电工程的环锚索

力测试。具有精度高、抗干扰性能强、对荷载变化反应灵

敏、重复性好、结构耐用、安装方便，且维护成本低、使

用寿命长，可进行无损检测，具体参数指标如下所示。

表6-5磁通量传感器技术指标

监测设备名设备型

技术指标产品图片

项称号

FS-

拉索磁通量规格：内径18-

CCTB-

索力传感器270mm

220

测量范围：0-屈

服应力

接线