橋梁監(jiān)測(cè)方案解讀

1、摘要和關(guān)鍵詞【摘要】結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了總體的介紹，可以初步了解橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成。分析了橋梁相應(yīng)的危險(xiǎn)有害因素并進(jìn)行了相應(yīng)的分類，同時(shí)，對(duì)檢測(cè)過程中各種傳感器的選擇選擇與使用也做了相應(yīng)的介紹，本文同時(shí)對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，分析和相應(yīng)的過程進(jìn)行了介紹，闡述了每個(gè)部分的應(yīng)用和各個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，是比較系統(tǒng)和完善的對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做了相應(yīng)的介紹，隨著時(shí)代進(jìn)步，安全監(jiān)測(cè)會(huì)凸顯出其重要性?！娟P(guān)鍵詞】橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)設(shè)備；危險(xiǎn)源；傳感器；數(shù)據(jù)分析；1、橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.1 橋梁檢測(cè)的簡(jiǎn)介橋梁安全監(jiān)測(cè)是在傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用現(xiàn)代化傳感設(shè)備與光電通信及計(jì)算機(jī)技術(shù), 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁運(yùn)

2、營(yíng)階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和行為, 獲取反映結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的信息, 由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài), 評(píng)估結(jié)構(gòu)的可靠性, 為橋梁的管理與維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在偶發(fā)事件( 如地震) 發(fā)生后, 可通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷和關(guān)鍵部位的變化, 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和抗風(fēng)、抗震能力做出客觀的定量的評(píng)估。由于橋梁( 尤其是斜拉橋、懸索橋) 的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境, 在橋梁設(shè)計(jì)階段完全掌握和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是非常困難的,橋梁的設(shè)計(jì)依賴于理論分析并通過風(fēng)洞、振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)預(yù)測(cè)橋梁的動(dòng)力性能并驗(yàn)證其動(dòng)力安全性。而結(jié)構(gòu)理論分析?；诶硐氲挠邢拊Ｐ? 并且分析時(shí)常以很多假定為前提, 這種模擬試

3、驗(yàn)和計(jì)算假定可能與真實(shí)橋位不完全相符。因此, 可以通過橋梁健康監(jiān)測(cè)所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為, 可以驗(yàn)證橋梁的結(jié)構(gòu)分析模型、計(jì)算假定和設(shè)計(jì)方法的合理性, 而且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用于深入研究橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境中的未知和不確定性問題。而且橋梁健康監(jiān)測(cè)信息反饋于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更深1.2 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè), 實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為, 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(yíng)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)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。圖1

4、橋梁檢測(cè)系統(tǒng)基本組成框圖1.3 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為現(xiàn)代橋梁系統(tǒng)中必不可少的一部分，有著極其重要的地位，對(duì)橋梁的安全和爭(zhēng)產(chǎn)運(yùn)行起到了極其重要的作用，基于對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，其具有以下一些共同特點(diǎn):(1) 通過測(cè)量結(jié)構(gòu)各種響應(yīng)的傳感裝置獲取反映結(jié)構(gòu)行為的各種記錄.(2) 除監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)本身的狀態(tài)和行為以外,還強(qiáng)調(diào)對(duì)結(jié)構(gòu)環(huán)境條件(如風(fēng)、車輛荷載等) 的監(jiān)測(cè)和記錄分析;同時(shí),試圖通過橋梁在正常車輛與風(fēng)載下的動(dòng)力響應(yīng)來建立結(jié)構(gòu)的“指紋”,并借此開發(fā)實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)整體性與安全性評(píng)估技術(shù).(3) 在通車運(yùn)營(yíng)后連續(xù)或間斷地監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)狀態(tài),力求獲取的大橋結(jié)構(gòu)信息連續(xù)而完整. 某些橋梁監(jiān)測(cè)傳感器在橋梁施工

5、階段即開始工作并用于監(jiān)控施工質(zhì)量.(4) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享.1.4 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方面橋梁監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)涵即是通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估,為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào),為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo). 為此,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控: ( 1) 橋梁結(jié)構(gòu)在正常車輛荷載及風(fēng)載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和力學(xué)狀態(tài)。( 2) 橋梁結(jié)構(gòu)在突發(fā)事件( 如地震、意外大風(fēng)或其它嚴(yán)重事故等) 之后的損傷情況。( 3) 橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性, 主要是提供構(gòu)件疲勞狀況的真實(shí)情況。( 4) 橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件( 如

6、支座) 和附屬設(shè)施( 如斜拉橋振動(dòng)控制裝置) 的工作狀態(tài)。( 5) 大橋所處的環(huán)境條件, 如風(fēng)速、溫度、地面運(yùn)動(dòng)等。2、橋梁危險(xiǎn)源2.1 橋梁中的危險(xiǎn)因素橋梁中存在諸多因素會(huì)導(dǎo)致橋梁發(fā)生事故，對(duì)這些因素的研究有助于我們對(duì)橋梁事故更好的預(yù)測(cè)和分析，可以更好地避免事故發(fā)生，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失，因此，橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的因素主要有以下幾方面。( 1) 荷載。包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載等。( 2) 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。( 3) 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。( 4) 非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)

7、施。支座、振動(dòng)控制設(shè)施等。2.2 橋梁事故的事故樹分析針對(duì)可能發(fā)生的橋梁事故，分析導(dǎo)致的原因事件，然后根據(jù)這些原因事件建造事件樹，確定成立的事故方案，并應(yīng)用ANSYS軟件等工具計(jì)算出橋梁結(jié)構(gòu)在各種可能原因事件以及各種可能事故方案的作用下的空間應(yīng)力狀態(tài)；最后通過對(duì)這些可能事故方案的分析來確定事故的原因及機(jī)理。具體分析過程如圖2所示。圖2 基于可靠性的事故分析模型如果某工程事故在事故原因調(diào)查分析時(shí)通過專家意見、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、文獻(xiàn)搜集以及回顧等確定有3 種可能事故原因事件(E1,E2,E3 )，則有6種可能事故方案，如圖3所示。圖3 所有可能引起事故的方案在完成事件樹建造之后，下一步就是對(duì)每個(gè)破壞事件進(jìn)

8、行品質(zhì)分析(也即這些事件發(fā)生的條件概率)和確定每種事故方案的發(fā)生概率. 如果事故方案中的某一事件的條件概率小于事故發(fā)生的極限概率值，則認(rèn)為該事故方案不成立，而只需要對(duì)那些成立的方案進(jìn)行分析，如圖4所示.圖4 研究的事故方案通過上述理論，可以形成事件樹分析法對(duì)事故分析步驟.(1) 確定或?qū)ふ铱赡軐?dǎo)致事故的事件. 破壞事件可通過專家意見、工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、文獻(xiàn)搜集以及回顧等確定；(2) 確定可能導(dǎo)致事故嚴(yán)重后果的初因破壞事件，所有的事故失效事件都有可能是初因失效事件；并對(duì)初因事件進(jìn)行分類，對(duì)于那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件可劃分為一類；(3) 建造事件樹，對(duì)事件進(jìn)行分析，排除包含事件的條件概率小于極

9、限失效概率值的事故方案，確定成立的事故方案；(4) 對(duì)事故方案進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算出各種事件作用時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)影響，并比較分析確定這些事件對(duì)事故的權(quán)重；(5) 評(píng)價(jià)被調(diào)查的事故方案發(fā)生的可能性，找出事故原因.3、橋梁傳感器3.1 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器橋梁檢測(cè)系統(tǒng)中由于檢測(cè)的因素過多，因此會(huì)使用到種類眾多的傳感器，具體傳感器類型包括：(1)應(yīng)變/溫度傳感器測(cè)量混凝土構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)變和溫度的分布。(2)斜拉鎖索力計(jì)(錨索計(jì)和智能拉索）測(cè)量斜拉索索力。(3)靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量橋梁沿橋軸線方向各斷面的相對(duì)高程變化、即撓度。(4)傾角計(jì)測(cè)量橋梁墩柱、索塔、箱梁等構(gòu)件偏轉(zhuǎn)角。(5)加速度/速度計(jì)測(cè)量橋梁運(yùn)營(yíng)過

10、程中自振和強(qiáng)迫振動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。(6)位移計(jì)測(cè)量斜拉橋索塔與主梁之間相對(duì)縱向位移。(7)橋梁線形及變位永久監(jiān)測(cè)網(wǎng)由基準(zhǔn)站、測(cè)站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成，定期監(jiān)測(cè)橋梁幾何線形變化。3.2 橋梁中針對(duì)不同因素所使用的傳感器 橋梁中的不同因素由于性質(zhì)差別大，則需要選擇相應(yīng)的傳感器，下面是針對(duì)不同的因素所使用的相應(yīng)傳感器：( 1) 荷載。包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載等。所使用的傳感器有: 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; 溫度計(jì)記錄溫度、溫度差時(shí)程歷史; 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;強(qiáng)震儀 記錄地震作用; 攝像機(jī) 記錄車流情況和交通事故。( 2)

11、 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( EDM) 、數(shù)字像機(jī)等。( 3) 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: 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; 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; 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)。( 4) 非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施。支座、振動(dòng)控制設(shè)施等。3.3 橋梁中針對(duì)不同因素監(jiān)測(cè)方式和頻率 橋梁中涉及到的因

12、素有靜態(tài)的有動(dòng)態(tài)的，有有形的有無形的，因此針對(duì)不同的因素要采取不同的方法和頻率。依據(jù)橋梁中不同因素所屬的種類不同，將相應(yīng)因素進(jìn)行了相應(yīng)的分類，同時(shí)給出了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段。下表1中具體列出了不同因素的監(jiān)測(cè)方式和頻率。表1 不同因素的分析表4、橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)施方案在橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不同的功能目標(biāo)所要求的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不盡相同. 絕大多數(shù)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目都是從結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評(píng)估出發(fā)的,個(gè)別也兼顧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證甚至部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以橋梁?jiǎn)栴}的研究為目的.如果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)考慮具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的功能,那就要獲得較多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識(shí)別所需要的信息,因此,對(duì)于大型橋梁,需要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/ 拉索各部位,

13、以獲得較為詳細(xì)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力行為并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的動(dòng)力分析模型和響應(yīng)預(yù)測(cè),另外,在支座、擋塊以及某些聯(lián)結(jié)部位需安設(shè)傳感器獲取反映其傳力、約束狀況等的信息.4.1 橋梁監(jiān)測(cè)方案中組成部分（1）硬件部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要用于橋梁參數(shù)的采集和數(shù)據(jù)處理，在監(jiān)控分中心設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理，并設(shè)置工作站計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在橋梁現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和采集，在橋梁的不同位置設(shè)置原始數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行橋梁實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。原始數(shù)據(jù)采集設(shè)備如下：(1)風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)測(cè)設(shè)備成橋后風(fēng)荷載是橋梁結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)恿奢d之一。在風(fēng)荷載作用下，橋梁的主要構(gòu)件索、梁和塔都將產(chǎn)生振動(dòng)，引起疲勞

14、損傷累積，導(dǎo)致橋梁抗力衰減。通過監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向，統(tǒng)計(jì)最大風(fēng)速值、風(fēng)荷載脈動(dòng)特性及風(fēng)功率譜密度等，可以得出結(jié)構(gòu)的風(fēng)與結(jié)構(gòu)響應(yīng)關(guān)系，從而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)致振動(dòng)的分析。(2)環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備通過環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，可以分析環(huán)境溫度對(duì)結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)的影響，以使基于靜力測(cè)試的識(shí)別方法能更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)；可以分析環(huán)境溫度對(duì)振動(dòng)特性的影響，以使基于振動(dòng)測(cè)試的損傷檢測(cè)方法能更準(zhǔn)確；可以預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的極限環(huán)境溫度荷載。同時(shí)，空氣濕度對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響也較大。環(huán)境監(jiān)測(cè)中溫度和濕度的監(jiān)測(cè)對(duì)于分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展?fàn)顟B(tài)是重要的參數(shù)指標(biāo)，另外溫濕度監(jiān)測(cè)可以為系統(tǒng)采集站設(shè)備的工作環(huán)境控制提供參考數(shù)據(jù)。(3)結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)

15、設(shè)備構(gòu)件溫度的分布狀況將直接影響到結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力狀態(tài)，構(gòu)件溫度場(chǎng)中的溫差效應(yīng)的實(shí)際分布也是設(shè)計(jì)單位關(guān)心的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)；對(duì)結(jié)構(gòu)溫度分布情況的監(jiān)測(cè)可以用于分析結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)的影響，以使基于靜力測(cè)試的識(shí)別方法能更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)；可以幫助分析結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)對(duì)振動(dòng)特性的影響，以使基于振動(dòng)測(cè)試的損傷檢測(cè)方法能更準(zhǔn)確。因此溫度荷載的監(jiān)測(cè)可以幫助考察可能出現(xiàn)的極限溫度場(chǎng)荷載，為結(jié)構(gòu)分析提供幫助。另外溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)可為部分監(jiān)測(cè)設(shè)備做溫度補(bǔ)償。(4)地震監(jiān)測(cè)設(shè)備地震荷載的監(jiān)測(cè)是指在地震事件或船舶撞擊下監(jiān)測(cè)大橋橋址處的地震動(dòng)加速度時(shí)程及其頻譜，為結(jié)構(gòu)整體和局部的動(dòng)靜力響應(yīng)及災(zāi)后評(píng)估提供依據(jù)，為大橋管

16、理部門處理突發(fā)事件提供資料。(5)動(dòng)態(tài)交通荷載監(jiān)測(cè)交通荷載的監(jiān)測(cè)一方面可以對(duì)運(yùn)營(yíng)期大橋的交通量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)過橋的車輛軸重、速度、車長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)車輛超載時(shí)可給出預(yù)警。另一方面，車輛交通荷載的監(jiān)測(cè)可以為結(jié)構(gòu)響應(yīng)大小提供對(duì)比的參照，提供橋梁是否處于無車輛活荷載的近似恒載的判斷依據(jù)，作為橋梁恒載狀態(tài)對(duì)比分析的前提條件。(6)結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)構(gòu)件應(yīng)力的監(jiān)測(cè)可以分析求解出測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀況。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力是重要的結(jié)構(gòu)局部信息，一旦應(yīng)力超限，便可能導(dǎo)致材料開裂或破壞，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件和橋梁的破壞。應(yīng)變指標(biāo)是運(yùn)營(yíng)期間安全性預(yù)警的重要信息，也是結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析的參考信息，尤其對(duì)一些關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位(如主梁跨中、主梁支

17、座頂部、橋塔根部等)，必須對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。(7)主梁撓度監(jiān)測(cè)設(shè)備橋梁主梁撓度直接反應(yīng)了主梁當(dāng)前的整體受力狀態(tài)，橋梁撓度也是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警和安全評(píng)定的主要指標(biāo)。(8)索塔傾斜監(jiān)測(cè)設(shè)備橋塔是斜拉橋的主要承重構(gòu)件，橋塔一旦出現(xiàn)較大傾斜，整個(gè)斜拉橋會(huì)有傾覆的危險(xiǎn)。另外橋塔沿橋縱向傾斜也是索力不均勻分布的表現(xiàn)。(9)主梁及索塔空間變位監(jiān)測(cè)設(shè)備主梁和索塔的空間變位是反映大橋安全狀態(tài)及進(jìn)行內(nèi)力狀態(tài)評(píng)估分析的重要參數(shù)，是結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的重要指標(biāo)。(10)整體位移監(jiān)測(cè)設(shè)備斜拉橋主梁在溫度作用下會(huì)發(fā)生縱向變形，這種縱向變形將通過伸縮縫處主梁端部位移來反映。伸縮縫處主梁端部位移與溫度之間具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過監(jiān)測(cè)可以掌

18、握主梁縱向變形情況，如果主梁的縱向變形異常(變形未被釋放)，則會(huì)導(dǎo)致主梁出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力，這對(duì)主梁安全將產(chǎn)生危險(xiǎn)。(11)斜拉索索力監(jiān)測(cè)設(shè)備斜拉索是斜拉橋最重要的受力構(gòu)件，斜拉索索力的變化直接反映橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，關(guān)系到整座大橋的安全，通過索力的監(jiān)測(cè)能夠?yàn)檫\(yùn)營(yíng)期間的安全性提供直接的預(yù)警信息和狀態(tài)評(píng)估信息。(12)動(dòng)力特性監(jiān)測(cè)設(shè)備橋梁動(dòng)力特性參數(shù)的變化(頻率、振型、模態(tài)阻尼系數(shù))是橋梁構(gòu)件性能改變的標(biāo)志。橋梁的振動(dòng)水平(振動(dòng)幅值)反映橋梁的安全運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。橋梁自振頻率的降低、橋梁局部振型的改變可能預(yù)示著結(jié)構(gòu)的剛度降低和局部破壞，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估的重要依據(jù)。(13)腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備橋墩支撐著整

19、個(gè)橋梁，一旦出現(xiàn)問題，后果極其嚴(yán)重。橋墩所處位置環(huán)境惡劣，各種腐蝕因素會(huì)導(dǎo)致橋墩混凝土耐久性降低，通過對(duì)橋墩處混凝土耐久性CL一腐蝕進(jìn)程監(jiān)測(cè)，能及時(shí)掌握橋墩混凝土的腐蝕程度，在腐蝕速度過快或腐蝕程度過大時(shí)可及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。在橋梁現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，將光信號(hào)和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過光纜傳輸?shù)奖O(jiān)控分中心，在現(xiàn)場(chǎng)的工作站設(shè)置一套同步時(shí)鐘系統(tǒng)，以保證各個(gè)設(shè)備采集數(shù)據(jù)的同時(shí)性。（2）軟件部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)全橋整體狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，離不開最后軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與處理，其中，又可以把軟件系統(tǒng)分為三大塊，分別是：(1)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的首要條件，通過這個(gè)子系統(tǒng)，

20、實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸與顯示功能，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與數(shù)據(jù)服務(wù)器緊密聯(lián)系，可以隨時(shí)對(duì)所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。(2)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)這個(gè)子系統(tǒng)是橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，它完成橋梁巡檢、養(yǎng)護(hù)管理及預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)巡檢動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入、存儲(chǔ)、導(dǎo)出、上傳功能。達(dá)到橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)接收與處理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，并通過WEB統(tǒng)一門戶形式，提供給用戶使用。(3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的規(guī)模和系統(tǒng)功能要求，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，作為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及共享的平臺(tái)。這個(gè)子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。軟件部分三個(gè)子系統(tǒng)實(shí)際上是密不可分的，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，不

21、僅僅是自動(dòng)采集的，也包括人工巡檢后錄人數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。其中橋墩變位、斜拉索索力、斜拉索探傷、鋼結(jié)構(gòu)焊縫探傷、腐蝕、混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土裂縫測(cè)量、橋面線形、橋面狀況、混凝土表觀狀況、鋼結(jié)構(gòu)狀況、斜拉索狀況、阻尼器狀況、伸縮縫狀況、支座狀況、橋梁的抗震設(shè)施、人行通道、護(hù)欄狀況、其他設(shè)施狀況等都需要人工巡檢后錄入。4.2 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的布置 橋梁中傳感器/作動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則無論是以靜力作用下的結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別還是動(dòng)力作用下橋梁的模態(tài)識(shí)別為主要目的的監(jiān)測(cè)情況，下面一些優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是常用（1）識(shí)別(傳遞)誤差最小準(zhǔn)則該方法的要點(diǎn)是連續(xù)對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，直至識(shí)別(傳遞)目標(biāo)的誤差達(dá)到最小

22、值為至?；舅枷胧侵鸩较滥切?duì)目標(biāo)參量的獨(dú)立性貢獻(xiàn)最小的自由度，以使目標(biāo)的空問分辯率達(dá)到最佳程度；該準(zhǔn)則即適于靜力作用下的結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別也適于動(dòng)力作用下橋梁的模態(tài)識(shí)別。（2）模型縮減準(zhǔn)則在模型縮減中常常將系統(tǒng)自由度區(qū)分為主要自由度和次要自由度，縮減以后的模型應(yīng)保留主要自由度而去掉次要自由度。將傳感器配置于這些主要自由度上測(cè)得的結(jié)構(gòu)效應(yīng)或響應(yīng)，應(yīng)能較好的反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜力特性。（3）插值擬合準(zhǔn)則有時(shí)傳感器優(yōu)化配置的目的是為了利用有限測(cè)點(diǎn)的效應(yīng)(對(duì)動(dòng)力而言為響應(yīng))來獲得未測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)。這時(shí)可采用插值擬合的方法獲得目標(biāo)點(diǎn)(未測(cè)量點(diǎn))的響應(yīng)，為了得到最佳效果，可采用插值擬合的誤差最小原則來配置傳感器。

23、（4）模態(tài)應(yīng)變能準(zhǔn)則其基本思想是具有較大模態(tài)應(yīng)變能的自由度上的響應(yīng)也比較大，將傳感器配置于這些自由度所對(duì)應(yīng)的位置上將有利于參數(shù)識(shí)別。這一方法需要借助有限元分析法。針對(duì)以上原則設(shè)計(jì)出最好的實(shí)驗(yàn)方案，由于不同橋梁的設(shè)計(jì)方案不盡相同，在此不一一贅述。4.3 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體運(yùn)行橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由外場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的歸納分析，對(duì)橋梁的整體狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)橋梁的初始狀態(tài)暨通車前交工后的狀態(tài)和正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，設(shè)定橋梁危險(xiǎn)信號(hào)的預(yù)警值，當(dāng)系統(tǒng)分析橋梁不安全時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理的管理方式，可以提前規(guī)避重大事故的發(fā)生。5、橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的方法5.1 分析

24、數(shù)據(jù)的相應(yīng)方法（1）有限元法有限元“化整為零”的思想十分簡(jiǎn)單明了. 它把一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解成相對(duì)簡(jiǎn)單的“單元”,各單元之間通過結(jié)點(diǎn)相互連接. 單元內(nèi)的物理量由單元結(jié)點(diǎn)上的物理量按一定的假設(shè)內(nèi)插得到,這樣就把一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)從無限多個(gè)自由度簡(jiǎn)化為有限個(gè)單元組成的結(jié)構(gòu). 只要分析每個(gè)單元的力學(xué)特性,然后按照有限元法的規(guī)則把這些單元“拼裝”成整體,就能夠得到整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性.進(jìn)行有限元分析,可以基于計(jì)算機(jī)語言編程,如: Fortran和Matlab等. 同時(shí),亦有眾多的有限元商用軟件流行,其中平面分析的有限元軟件有:國(guó)內(nèi)有橋梁博士、橋梁通和GQJX,國(guó)外有Midas等; 空間分析的通用有限元軟件大多為

25、國(guó)外的,有:Midas,ANSYS, NASTRAN, AD INA和ABAQUS等,它們包含眾多單元類型,能求解各類問題.5.2 數(shù)據(jù)處理流程（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理這一過程在數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)完成,主要進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算,如:設(shè)定時(shí)段內(nèi)的最大值、最小值、均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差等,計(jì)算結(jié)果作為初級(jí)預(yù)警的輸入.（2）數(shù)據(jù)的二次處理在數(shù)據(jù)處理與分析服務(wù)器上進(jìn)行,主要計(jì)算方法, 如: 傅立葉變換、HHT 變換和小波變換等及其他方法,流程如圖1所示. 其中動(dòng)力數(shù)據(jù)處理的具體方法及其比較見表2.圖2數(shù)據(jù)二次處理計(jì)算方法及流程框圖（3）數(shù)據(jù)后處理主要進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高級(jí)分析,如:實(shí)時(shí)模態(tài)分析、橋梁特征量與環(huán)境因素之間的相

26、關(guān)性分析和非線性回歸分析等. 由于這些方法常需占用一定的計(jì)算時(shí)間,這一過程往往離線進(jìn)行,分析數(shù)據(jù)來自動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和已備份的原始數(shù)據(jù)庫(kù).5.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理與傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理工作由數(shù)據(jù)采集單元完成，以對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，以及進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)處理，并將信號(hào)通過系統(tǒng)主干光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)處理與控制服務(wù)器。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元同時(shí)管理本地NAS存儲(chǔ)，當(dāng)上位機(jī)或主干網(wǎng)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)采集單元通過降檔控制繼續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作，并保證經(jīng)預(yù)處理的采集數(shù)據(jù)在本地NAS保存30d。5.4 數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)運(yùn)行在監(jiān)控分中心的橋梁監(jiān)測(cè)工作站上，通過網(wǎng)中網(wǎng)連接并控制各被測(cè)橋梁的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，并經(jīng)由

27、現(xiàn)場(chǎng)控制單元與現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器和采集設(shè)備通訊。運(yùn)行數(shù)據(jù)處理與分析軟件的橋梁監(jiān)測(cè)工作站應(yīng)裝備足夠的緩沖內(nèi)存、網(wǎng)卡、適當(dāng)?shù)膫浞菰O(shè)備、光纖網(wǎng)絡(luò)接口和執(zhí)行數(shù)據(jù)處理分析的操作模塊；數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)管理一個(gè)橋梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，橋梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)采集到的原始數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、評(píng)估報(bào)告、橋梁運(yùn)營(yíng)檔案等相關(guān)信息。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前的原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)信息保存30 ；橋梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息通過定期存檔、備份作永久保存，以保持?jǐn)?shù)據(jù)連續(xù)性。5.5 系統(tǒng)集成系統(tǒng)硬件由傳感器、現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備、通信鏈路、供電電路、接地防雷設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站等組成。根據(jù)總體功能要求及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，數(shù)

28、據(jù)采集系統(tǒng)采用分布式布置監(jiān)控中心設(shè)一遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系：控制數(shù)據(jù)采集單元工作、監(jiān)視運(yùn)行情況、進(jìn)測(cè)行結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的等工作。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在數(shù)據(jù)采集單元與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站之間完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的交換各橋橋址處均設(shè)立結(jié)構(gòu)線形和變位永久觀測(cè)網(wǎng)，由基準(zhǔn)站、觀測(cè)站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。6、結(jié)束語橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為運(yùn)營(yíng)期橋梁科學(xué)有序的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)管理提供了一個(gè)平臺(tái)，建立了橋梁監(jiān)控系統(tǒng)全壽命期大橋的數(shù)字化、信息化“檔案”，對(duì)大橋整體與局部性能、工作狀態(tài)做出評(píng)估，對(duì)構(gòu)件異常現(xiàn)象及時(shí)作出判斷并找出原因，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，通過制定合理、主動(dòng)、預(yù)防性的養(yǎng)護(hù)措施，有效地掌控了運(yùn)營(yíng)期橋梁的結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)及其發(fā)展演化趨勢(shì)，有效地降低了橋梁全壽命期的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)成本，最大限度延長(zhǎng)了橋梁的使用年限，這是科技的進(jìn)步與發(fā)展。【參考