大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及內(nèi)容

大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)了解橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成掌握橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)容及所使用的儀器設(shè)備了解橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。教學(xué)要求知識(shí)要點(diǎn)能力要求相關(guān)知識(shí)橋梁健康監(jiān)測(cè)概論(1)了解橋梁健康監(jiān)測(cè)的概念、意義以及作用(2)了解橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成(3)了解橋梁健康監(jiān)測(cè)的內(nèi)容橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)(1)掌握GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(2)掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法(3)掌握結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)定位技術(shù)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1)了解設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和測(cè)點(diǎn)布置(2)了解監(jiān)測(cè)項(xiàng)目橋梁工程中，大型橋梁的健康狀態(tài)直接影響橋梁的使用運(yùn)營。大型橋梁的健康監(jiān)測(cè)能夠適時(shí)的了解橋梁的運(yùn)營狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁病害，確定橋梁損傷是否發(fā)生并定性和定量地確定其發(fā)生部位及損傷程度，同時(shí)橋梁的健康監(jiān)測(cè)能夠驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)理論及計(jì)算假定的正誤，并對(duì)橋梁的研究與發(fā)展提供實(shí)踐依據(jù)。通過本章學(xué)習(xí)，了解橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成，掌握橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)容及所使用的儀器設(shè)備，了解橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。13.1橋梁健康監(jiān)測(cè)概論概念通過先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和整體行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進(jìn)行診斷，對(duì)橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進(jìn)行智能評(píng)估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)。意義和作用（1）評(píng)估和預(yù)警（2）設(shè)計(jì)驗(yàn)證（3）研究與發(fā)展基本組成

（1）傳感系統(tǒng)。由傳感器、二次儀表及高可靠性的工控機(jī)等部分組成。（2）信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)多種信息源、不同物理信號(hào)的采集與預(yù)處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲(chǔ)起來。（3）通信系統(tǒng)。將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。（4）監(jiān)控中心。利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成及其工作流程圖

橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容及使用的傳感器

（1）環(huán)境監(jiān)測(cè)(包括溫度、濕度、有害氣體等)。主要目標(biāo)在于監(jiān)測(cè)橋梁所處的物理化學(xué)環(huán)境，從而為隨后的橋梁耐久性評(píng)估提供原始數(shù)據(jù)。所使用的傳感器有：①電阻式溫度計(jì)—記錄溫度、溫差時(shí)程歷史；②濕度計(jì)—記錄環(huán)境的濕度；③酸性氣體監(jiān)測(cè)儀—監(jiān)測(cè)橋梁周圍空氣中的CO，CO2，SO和CL-的濃度；④酸堿度(PH值)傳感器—測(cè)量橋梁周圍水體中的PH值；⑤鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置—監(jiān)測(cè)鋼筋、鋼材銹蝕前后的電位變化，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)銹蝕的發(fā)生、發(fā)展情況。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容及使用的傳感器

（2）荷載。包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載等。所使用的傳感器有:①風(fēng)速儀—記錄風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得風(fēng)功率譜；②溫度計(jì)—記錄溫度、溫度差時(shí)程歷史；③動(dòng)態(tài)地秤—記錄交通荷載流時(shí)程歷史，連接數(shù)據(jù)處理后可得交通荷載譜；④強(qiáng)震儀—記錄地震作用；⑤攝像機(jī)—記錄車流情況和交通事故。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容及使用的傳感器

（3）幾何監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)橋梁各部位的靜態(tài)位置、動(dòng)態(tài)位置、沉降、傾斜、線形變化、位移等。所使用的傳感器有：位移計(jì)、傾角儀、GPS、電子測(cè)距器、數(shù)字照像機(jī)等。（4）結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力反應(yīng)。監(jiān)測(cè)橋梁的位移、轉(zhuǎn)角、應(yīng)變應(yīng)力、索力、動(dòng)力反應(yīng)(頻率模態(tài))等。所使用的傳感器有：①應(yīng)變儀—記錄橋梁靜動(dòng)力應(yīng)變應(yīng)力，連接數(shù)字處理后可得構(gòu)件疲勞應(yīng)力循環(huán)譜；②測(cè)力計(jì)(力環(huán)、磁彈性儀、剪力銷)—記錄主纜、錨桿、吊桿的張拉歷史；③加速度計(jì)—記錄結(jié)構(gòu)各部位的反應(yīng)加速度、連接數(shù)據(jù)處理后可得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。（5）非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施。支座、振動(dòng)控制設(shè)施等。13.2健康監(jiān)測(cè)測(cè)技術(shù)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)1.基本概念念2.位移監(jiān)測(cè)測(cè)原理13.2健康監(jiān)測(cè)測(cè)技術(shù)GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)3.技術(shù)特點(diǎn)點(diǎn)（1）GPS監(jiān)測(cè)站之之間勿需需通視，，可以實(shí)實(shí)現(xiàn)不同同測(cè)點(diǎn)間間的同步步觀測(cè)；；（2）GPS觀測(cè)工作作可以在在任何地地點(diǎn)，任任何時(shí)間間連續(xù)地地進(jìn)行，，受外界界大氣影影響?。?；（3）GPS測(cè)定位移移自動(dòng)化化程度高高。（4）GPS定位速度度快、精精度高。。結(jié)構(gòu)損傷傷檢測(cè)定定位技術(shù)術(shù)模式識(shí)別別法模型修正正法人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法法遺傳算法法13.3橋梁健康康監(jiān)測(cè)系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)準(zhǔn)則和測(cè)測(cè)點(diǎn)布置置（1）監(jiān)測(cè)系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)首首先考慮慮建立該該系統(tǒng)的的目的和和功能。。對(duì)于特特定的橋橋梁，建建立健康康監(jiān)測(cè)系系統(tǒng)的目目的可以以是橋梁梁監(jiān)控與與評(píng)估，，或是設(shè)設(shè)計(jì)的驗(yàn)驗(yàn)證，甚甚至是以以研究發(fā)發(fā)展為目目的。因因此，一一旦系統(tǒng)統(tǒng)的目的的和功能能確定，，系統(tǒng)的的監(jiān)測(cè)項(xiàng)項(xiàng)目也就就能確定定。（2）系統(tǒng)投投資額的的限度。。監(jiān)測(cè)系系統(tǒng)中各各監(jiān)測(cè)項(xiàng)項(xiàng)目的規(guī)規(guī)模以及及所采用用的傳感感器和通通信設(shè)備備等的確確定都需需要考慮慮整個(gè)項(xiàng)項(xiàng)目投資資額的限限度，必必須對(duì)設(shè)設(shè)計(jì)方案案做成本本—效益分析析，再根根據(jù)目的的、功能能要求和和成本—效益分析析將監(jiān)測(cè)測(cè)項(xiàng)目和和測(cè)點(diǎn)數(shù)數(shù)設(shè)計(jì)到到所需范范圍之內(nèi)內(nèi)。表13-1國內(nèi)外大大型橋梁梁健康監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)傳感器器布置表表橋梁名稱健康監(jiān)測(cè)傳感器環(huán)境應(yīng)變位移振動(dòng)風(fēng)速儀溫度傳感器動(dòng)態(tài)地坪電阻應(yīng)變計(jì)位移傳感器水平儀GPS速度計(jì)加速度傳感器青馬大橋611561182915-17汀九橋7836882-5-45汲水門橋2224646652-2明石橋9--87--1210銅陵大橋2626---302-20潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋140-72--15-53東?？绾４髽?23-9--5-15南京長(zhǎng)江大橋130-5012---28上海長(zhǎng)江大橋554-107--16-15監(jiān)測(cè)項(xiàng)目目監(jiān)測(cè)項(xiàng)目目包括3個(gè)方面內(nèi)內(nèi)容：工工作環(huán)境境監(jiān)測(cè)、、結(jié)構(gòu)狀狀態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)、結(jié)構(gòu)構(gòu)響應(yīng)行行為監(jiān)測(cè)測(cè)1．風(fēng)力效效應(yīng)監(jiān)測(cè)測(cè)2．橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)溫度度場(chǎng)監(jiān)測(cè)測(cè)3．交通荷荷載效應(yīng)應(yīng)監(jiān)測(cè)4．鐵路荷荷載效應(yīng)應(yīng)監(jiān)測(cè)5．大橋主主纜索的的索力監(jiān)監(jiān)測(cè)6．大橋主主要構(gòu)件件的應(yīng)力力監(jiān)測(cè)13.4潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江江大橋健健康監(jiān)測(cè)測(cè)實(shí)例潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江江大橋是是由懸索索橋和斜斜拉橋組組合而成成的特大大型纜索索支承型型橋梁（（如圖13.3）。其中中，斜拉拉橋?yàn)槿?176m+406m+176m)雙塔雙索索面型鋼鋼箱梁橋橋，懸索索橋?yàn)閱螁慰珉p鉸鉸簡(jiǎn)支鋼鋼箱梁橋橋，主跨跨1590m，為中國國第一，，世界第第三。斜拉橋的的監(jiān)測(cè)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置置1．斜拉拉索的的監(jiān)測(cè)測(cè)2．橋面面主梁梁的監(jiān)監(jiān)測(cè)3．索塔塔的監(jiān)監(jiān)測(cè)斜拉橋橋的監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)測(cè)點(diǎn)布布置1．斜拉拉索的的監(jiān)測(cè)測(cè)2．橋面面主梁梁的監(jiān)監(jiān)測(cè)3．索塔塔的監(jiān)監(jiān)測(cè)圖13.5潤(rùn)揚(yáng)大大橋斜斜拉橋橋結(jié)構(gòu)構(gòu)健康康監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置置圖（（單位位：mm）Acc-加速度度傳感感(80個(gè));Str-應(yīng)變傳傳感器器(60個(gè));Ane-風(fēng)速儀儀((1個(gè));T-溫度傳傳感器器(24個(gè));GPS-GPS站點(diǎn)(8個(gè))懸索橋橋監(jiān)測(cè)測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置置1．主纜纜和吊吊索的的監(jiān)測(cè)測(cè)2．主梁梁的監(jiān)監(jiān)測(cè)3．索塔塔的監(jiān)監(jiān)測(cè)