菜園壩長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)

1、菜園壩長江大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)介紹Ill、亞派麟ili螢編寫：審核：批準(zhǔn)：重慶亞派橋梁工程質(zhì)量檢測有限公司2010年03月目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 一、系統(tǒng)概述1 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 二、硬件子系統(tǒng)介紹2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 靜態(tài)應(yīng)變監(jiān)測子系統(tǒng)2 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 動態(tài)應(yīng)變監(jiān)測子系統(tǒng)3 HYPERLINK l

2、bookmark48 o Current Document 3 .索力監(jiān)測子系統(tǒng)3 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 振動監(jiān)測子系統(tǒng)4 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 撓度監(jiān)測子系統(tǒng)4 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document .伸縮縫位移監(jiān)測子系統(tǒng)5 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document .溫度監(jiān)測子系統(tǒng)5 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 8.三維變形監(jiān)

3、測子系統(tǒng)6 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 三、軟件子系統(tǒng)介紹6 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 1 .數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)7 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)7 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 健康評估子系統(tǒng)83.1健康評估子系統(tǒng)的組成83.2健康評估子系統(tǒng)的功能8 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 四、系統(tǒng)運(yùn)行狀況10一、系統(tǒng)

4、概述菜園壩長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)針對該橋獨(dú)特的中承式無推力鋼管混凝土系桿拱橋 結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)圍繞Y構(gòu)、系桿、支點(diǎn)吊索、主梁及主拱等關(guān)鍵部位，量身設(shè)計(jì)、定制開發(fā) 了包括全橋撓度、靜態(tài)應(yīng)變、伸縮縫位移、溫度、支點(diǎn)吊索索力、系桿索力、三維變形 等靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)以及動態(tài)應(yīng)變、振動動態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)等九個子系統(tǒng)、三百余個監(jiān) 測點(diǎn)、兩個現(xiàn)場監(jiān)測站、一個監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)狀態(tài)參 數(shù)的實(shí)時(shí)采集、處理、傳輸、數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算和評估，并每日自動生成評估報(bào)告，以三維動畫顯示橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀況。圖表1為大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)組成圖。kll:態(tài)應(yīng)史于.泰統(tǒng).派動貝-III子系.統(tǒng)IN度灼III亍系統(tǒng)巧

5、土 示子系統(tǒng)圖表1菜園壩長江大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)組成圖在9個硬件子系統(tǒng)中，動態(tài)應(yīng)變監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測門撐、拱肋和主梁的實(shí)時(shí)動態(tài) 應(yīng)變；靜態(tài)應(yīng)變監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測橋墩、Y構(gòu)和前次橫梁的長期靜態(tài)應(yīng)變；吊桿索力 監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測吊桿承受的拉力；系桿索力監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測系桿承受的拉力； 振動監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測鋼桁梁和Y構(gòu)的振動；撓度監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測主梁的撓度和 線形變化；伸縮縫位移監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測主梁伸縮縫、橋面與Y構(gòu)后懸臂交接處的縱 向和橫向位移；溫度監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測橋墩、Y構(gòu)、門撐和主梁的溫度；三維變形監(jiān) 測子系統(tǒng)用以監(jiān)測橋墩、Y構(gòu)、拱肋和主梁的三維變形。系統(tǒng)共包含了五類、八種、三 百余

6、只傳感器，硬件組成如圖表2所示。圖表2菜園壩長江大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成如圖表1所示，數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸子系統(tǒng)、安全狀態(tài)評估子系 統(tǒng)和三維圖形顯示子系統(tǒng)共同構(gòu)成軟件系統(tǒng)。硬件和軟件通過圖表3所示的通信控制網(wǎng) 關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、控制與遠(yuǎn)程傳輸I1|橋梁管理中心；| 珪孵 |L -：-Jrn；P17t機(jī)房；P18墩機(jī)房；II各子系統(tǒng)儀器儀表EII各子系統(tǒng)儀器儀表E圖表3菜園壩長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)控制主干網(wǎng):、硬件子系統(tǒng)介紹.靜態(tài)應(yīng)變監(jiān)測子系統(tǒng)根據(jù)菜園壩長江大橋的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng)目組有針對性的設(shè)計(jì)并在其Y構(gòu)和前次橫梁牛腿的混凝土結(jié)構(gòu)表面布置了 48只光纖靜態(tài)應(yīng)變傳

7、感器，用以監(jiān)測這些 部位的長期靜態(tài)應(yīng)變。.動態(tài)應(yīng)變監(jiān)測子系統(tǒng)圖表4菜園壩長江大橋北Y構(gòu)應(yīng)變測點(diǎn)動態(tài)曲線考慮到該橋的實(shí)際情況，為把握菜園壩長江大橋在運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)動態(tài)應(yīng)變狀 況，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng)目組有針對性的設(shè)計(jì)并在門撐、拱肋、主梁鋼結(jié)構(gòu)表面等測點(diǎn) 布置了 84只表貼式光纖光柵應(yīng)變傳感器。圖表4為大橋北Y構(gòu)應(yīng)變測點(diǎn)反映出的動態(tài) 曲線。.索力監(jiān)測子系統(tǒng)為監(jiān)測拉索、桿件所承受的拉力并及時(shí)反饋其運(yùn)行健康狀況，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng) 目組有針對性的設(shè)計(jì)并在系桿、短吊桿和支點(diǎn)吊索的錨頭處布置了共計(jì)68只索力傳感 器。圖表5為北吊桿和南系桿索力測點(diǎn)反映出的曲線。北吊桿索力曲線圖(a)北吊桿索桿系(b)南系桿

8、圖表5菜園壩長江大橋索力測點(diǎn)曲線圖.振動監(jiān)測子系統(tǒng)振動監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括振動采集儀、信號調(diào)理器、加速度傳感器等設(shè)備。為監(jiān)測 菜園壩長江大橋在運(yùn)營過程中的振動狀況，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng)目組有針對性的設(shè)計(jì)并 在Y構(gòu)的前懸臂、鋼桁梁上布置了 25只加速度傳感器。.撓度監(jiān)測子系統(tǒng)技術(shù)文檔為監(jiān)測菜園壩長江大橋重點(diǎn)部位的垂向撓度以及主梁的整體線形變化，橋梁狀態(tài)健 康監(jiān)測項(xiàng)目組有針對性的設(shè)計(jì)了連通管式撓度系統(tǒng)，并在主梁的15個截面上布置了共 30只光電液位傳感器。圖表6為大橋鋼衍梁6#截面豎向撓度監(jiān)測點(diǎn)反映出的曲線。圖表6菜園壩長江大橋鋼衍梁6#截面撓度測點(diǎn)曲線圖.伸縮縫位移監(jiān)測子系統(tǒng)為監(jiān)測菜園壩長江大橋在運(yùn)

9、營過程中重點(diǎn)部位的縱向位移，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng)目 組有針對性的設(shè)計(jì)并在主梁的兩個伸縮縫、墩梁交接處等部位共布置了 8只拉繩式位移 傳感器。圖表7為大橋鋼衍梁4#截面伸縮縫測點(diǎn)反映出的曲線。乙圖表7菜園壩長江大橋鋼衍梁4#截面伸縮縫測點(diǎn)曲線圖7 .溫度監(jiān)測子系統(tǒng)考慮到溫度對橋梁結(jié)構(gòu)的變化有極大的影響以及溫度和其它監(jiān)測參數(shù)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)度，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng)目組有針對性的設(shè)計(jì)并在橋墩、Y構(gòu)、門撐、主梁等部位布置了 56 只模擬/數(shù)字混合式半導(dǎo)體溫度傳感器，用以監(jiān)測各部位的溫度及其變化。圖表8為大 橋鋼衍梁2#截面下游溫度測點(diǎn)反映出的曲線。鋼桁梁2#下游測點(diǎn)溫度曲線圖表8菜園壩長江大橋鋼衍梁2#截面下游溫

10、度測點(diǎn)曲線圖8 .三維變形監(jiān)測子系統(tǒng)為進(jìn)一步把握菜園壩長江大橋在運(yùn)營過程中的三維變形狀況，同時(shí)輔助并驗(yàn)證撓度 監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，橋梁狀態(tài)健康監(jiān)測項(xiàng)目組有針對性設(shè)計(jì)并在橋墩、Y構(gòu)、拱肋、 鋼桁梁等重點(diǎn)部位布置了 29個反射棱鏡，同時(shí)在南岸設(shè)立了基準(zhǔn)點(diǎn)，用以定期/不定期 檢測該橋的三維變形。圖表9為大橋鋼衍梁上游三維線形監(jiān)測點(diǎn)反映出的曲線。-80-100上游鋼桁梁線形-120-140測點(diǎn)（由北至南）圖表9菜園壩長江大橋鋼衍梁上游三維線形曲線圖三、軟件子系統(tǒng)介紹1 .數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)的提交、數(shù)據(jù)的預(yù)處理、數(shù)據(jù)的自診斷三個部分。根據(jù)橋 梁結(jié)構(gòu)健康安全評估的需要，對被測結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)

11、實(shí)施靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集方 案如圖表10所示。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)平偵數(shù)據(jù)預(yù)她IT數(shù)采系調(diào)模據(jù).集統(tǒng)試戾數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)圖表10菜園壩長江大橋數(shù)據(jù)采集方案框圖2 .數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)，是整個健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，能有效保證評估結(jié)果的 準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖表11所示。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)圖表11菜園壩長江大橋數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖3 .健康評估子系統(tǒng)3.1健康評估子系統(tǒng)的組成健康評估子系統(tǒng)由測試數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)庫查詢及修改、狀態(tài)評估和幫助文件四部分 組成。其中，狀態(tài)評估是評估子系統(tǒng)的核心。3.2健康評估子系統(tǒng)的功能1）大橋變形形態(tài)及溫度場的可視化顯示，如圖表1

12、2所示。圖表12菜園壩長江大橋整體的變形及相應(yīng)的溫度場2）歷史數(shù)據(jù)視圖化顯示，如圖表13所示。圖表13菜園壩長江大橋歷史數(shù)據(jù)視圖化顯示3）大橋振型、頻率等動態(tài)特性的可視化顯示，如圖表14所示。圖表14菜園壩長江大橋動態(tài)特性可視化顯示4）關(guān)鍵部件狀態(tài)顏色區(qū)分可視化。當(dāng)評估結(jié)果為Warning時(shí)，相應(yīng)結(jié)構(gòu)將以黃色閃爍顯示，并發(fā)出系統(tǒng)報(bào)警，如圖表15所示。圖表15菜園壩長江大橋閃爍報(bào)警特性圖5）突發(fā)事件時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的自動重新啟動。6）大橋整體及部件損傷原因的表格打印。四、系統(tǒng)運(yùn)行狀況菜園壩長江大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)于2008年1月18日竣工并投入正式使用兩年多 以來，完成了以下運(yùn)行狀態(tài)評估報(bào)告：1、每日自動生成橋梁的日評估報(bào)告。2、依業(yè)主要求提交了菜園壩長江大橋試運(yùn)行階段監(jiān)測報(bào)告2008年1月27日-2 月7日。3、每年年底根據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，及時(shí)提交了年度評估報(bào)告，即菜園 壩長江大橋運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷系統(tǒng)2008年度運(yùn)行報(bào)告和菜園壩長江大橋運(yùn) 行狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷系統(tǒng)2009年度運(yùn)行報(bào)告。4、2008年“5.12”汶川大地震等特殊時(shí)刻，根據(jù)