橋梁道路監(jiān)測管理系統(tǒng)

1、第一章橋梁道路監(jiān)測管理系統(tǒng)1.1 系統(tǒng)總體方案1.1.1 系統(tǒng)的總體方案1.1.1.1 系統(tǒng)建立的目的和意義危害橋梁正常承載的主要因素包括：1) 結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的改變2) 結(jié)構(gòu)損傷3) 兩種因素綜合作用運營健康監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠?qū)ι鲜鲆蛩剡M(jìn)行監(jiān)測，因此，健康監(jiān)測系統(tǒng)實施的目的是1) 隨時掌握橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)及損傷情況2) 盡早發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)面臨的危險狀況, 以變實現(xiàn)：管養(yǎng)3) 為橋梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)除了對結(jié)構(gòu)運營狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測外，對橋梁的日常管理養(yǎng)護(hù)等工作也納入綜合管理系統(tǒng)工作制度化、管養(yǎng)技術(shù)現(xiàn)代化、管養(yǎng)決策科學(xué)化。運營健康監(jiān)測和綜合管理系統(tǒng)實施的重要意義在于：能夠隨時掌握橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)及

2、損傷情況 能夠在橋梁結(jié)構(gòu)危險萌芽階段發(fā)出預(yù)警 對保障橋梁安全運營具有重要意義 能夠盡量長地延長橋梁的運營壽命對降低橋梁總體運營成本具有顯著效果1. 1. 1.2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建立的原則因此，健康監(jiān)測系健康監(jiān)測系統(tǒng)的最主要目的就是發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的病害情況，統(tǒng)的建立應(yīng)遵循以下邏輯原則：這些病害將導(dǎo)致1)研究橋梁結(jié)構(gòu)的各部分將可能面臨什么樣的病害？這些病害發(fā)生的概率是多少？結(jié)構(gòu)的局部破壞還是整體破壞？2) 研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的病害有什么表現(xiàn)？這些表現(xiàn)是否能夠為監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測？3) 研究選用何種傳感器來監(jiān)測結(jié)構(gòu)安全？傳感器精度是否滿足安全預(yù)警的要求？傳感器布置位置是否恰當(dāng)，數(shù)量是否合理？4) 研究如

3、何對監(jiān)測信號進(jìn)行信號處理及分析？如何從監(jiān)測信號中提取與結(jié)構(gòu)安全直接相關(guān)易于為管理人員所理解的結(jié)構(gòu)安全信息或預(yù)警信息？從這些邏輯原則可以看出，如何定義結(jié)構(gòu)可能遭遇的危險是整個健康監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，我們稱這個過程為“結(jié)構(gòu)危險性分析”1. 1. 1.3 結(jié)構(gòu)危險性分析該系統(tǒng)通過危險性分析來確定監(jiān)測哪些構(gòu)件及監(jiān)測方式的方法，避免了健康監(jiān)測系統(tǒng)中常見的目的性不強、針對性不明確的問題。所謂結(jié)構(gòu)危險性分析就是系統(tǒng)地分析橋梁中各部分結(jié)構(gòu)所面臨的危險、各項危險發(fā)生的概率、危險所導(dǎo)致后果嚴(yán)重程度以及各項危險的可監(jiān)測性等問題。廣雅大橋的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括：系桿、吊桿、主梁、拱肋、非通航孔橋和下部結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)這些構(gòu)件的受

4、力特點、材料特性、使用環(huán)境等對其進(jìn)行充分的危險性分析才能夠確保健康監(jiān)測系統(tǒng)的針對性和實用性。危險性分析通常需要通過大量類似結(jié)構(gòu)的調(diào)查并綜合考慮本工程的環(huán)境及受力特點同時結(jié)合必要的結(jié)構(gòu)分析計算才能夠得到比較可靠的結(jié)論。通過結(jié)構(gòu)危險性分析我們可以非常明確我們需要監(jiān)測那些構(gòu)件、這些構(gòu)件的重點監(jiān)測部位、監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測頻率等。健康監(jiān)測的監(jiān)測手段大體可以分為：力學(xué)指標(biāo)監(jiān)測，損傷直接檢測包括人工目視巡檢及無損監(jiān)測 )兩種手段。在指定各構(gòu)件采用的監(jiān)測手段一般應(yīng)綜合考慮危險性的程度、監(jiān)測的經(jīng)濟(jì)性和有效性等問題。健康監(jiān)測的監(jiān)測手段大體可以分為：傳感器在線監(jiān)測，人工巡檢包括人工目視巡檢 )兩種手段；一般而言傳感器在

5、線監(jiān)測具有連續(xù)把握監(jiān)測對象的特點，但其經(jīng)濟(jì)代價大，且對諸如鋼材銹蝕、混凝土開裂等病害難以監(jiān)測到；人工定期巡檢能夠比較容易發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的早期病害造成的外觀變化，且一次性投入相對較小，但其不具有連續(xù)及實時性。1. 1. 1.3. 1吊桿的危險性分析及監(jiān)測策略吊桿銹蝕斷絲是該橋的主要病害，其斷絲隱蔽性強，應(yīng)考慮對其進(jìn)行監(jiān)測。吊桿結(jié)構(gòu)危險性分析的主要結(jié)論是 :1) 大范圍的吊桿斷絲將導(dǎo)致主梁的危險，應(yīng)對吊桿的索力進(jìn)行監(jiān)測；2) 局部吊桿的斷絲甚至整根破壞不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體危險，通過人工目視定期檢查吊桿PE及錨具并結(jié)合部分吊桿的索力監(jiān)測等是較為經(jīng)濟(jì)可行的方案;3) 從把握主梁內(nèi)力的角度出發(fā)應(yīng)對部分吊桿進(jìn)行索

6、力監(jiān)測。1.1. 1.3.2 主梁的危險性分析及監(jiān)測策略本橋的加勁梁采用格子梁，其直接承受車輛荷載且為吊桿(拉索)體系柔性支承。因此，對其安全狀態(tài)的把握不僅在于病害的監(jiān)測，還在于其內(nèi)力狀態(tài)演變的監(jiān)測。主梁恒載內(nèi)力的演變主要來源以下幾個方面：1) 主梁的變形;2) 吊桿剛度(索力)的變化;3) 基礎(chǔ)的沉降。主梁結(jié)構(gòu)危險性分析的主要結(jié)論是：1) 主梁內(nèi)力狀態(tài)的改變將有可能導(dǎo)致主梁的整體破壞，應(yīng)加強對其的監(jiān)測;2) 主梁在由于內(nèi)力狀態(tài)改變而發(fā)生危險前會產(chǎn)生顯著恒載變形，可以通過變形的監(jiān)測并輔助吊桿索力的監(jiān)測來進(jìn)一步確定及明確原因。3) 主梁局部病害的監(jiān)測可以考慮采用人工目視巡檢及人工無損監(jiān)測設(shè)備檢查

7、的方式進(jìn)行。1. 1. 1.3. 3 非通航孔的危險性分析及監(jiān)測策略非通航孔橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁， 其病害主要來源于混凝土的劣化、 基礎(chǔ)沉降、預(yù)應(yīng)力體系的病害等。上述病害均屬于緩慢發(fā)生過程且均伴隨較為明顯的外觀變化，因此，引橋的監(jiān)測將采用人工定期目視巡檢的方式進(jìn)行。1. 1. 1.3.4 下部結(jié)構(gòu)的危險性分析及監(jiān)測策略本橋下部結(jié)構(gòu)主要是基礎(chǔ)沉降帶來的危害，因此，可以通過人工定期沉降觀測就可以避免此類病害的發(fā)生。1.1. 1.3.5 非主要結(jié)構(gòu)的危險性分析及監(jiān)測策略本橋的非主要結(jié)構(gòu)的監(jiān)測主要包括收縮縫、支座、路面等。伸縮縫的破壞設(shè)置堵塞可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的改變,但考慮到收縮縫破壞、堵塞一

8、般不足以導(dǎo)致其它結(jié)構(gòu)的破壞且能夠比較容易通過人工目視巡檢來加以檢查,因此，不對其進(jìn)行傳感器監(jiān)測。本橋支座病害一般情況下不足以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)其它部位的破壞,只有當(dāng)支座縱向位移受到意外限制時可能導(dǎo)致主梁、橋墩的開裂甚至破壞。因此，對支座可以通過人工巡檢加以檢查。路面的病害屬于局部問題，對其只需通過人工巡檢加以檢查即可。1. 1. 1.4系統(tǒng)建立的總體思路采用傳感器在線監(jiān)測與人工巡檢的方案;(b)傳感器系統(tǒng)側(cè)重于結(jié)構(gòu)總體內(nèi)力狀態(tài)的把握;(c)人工巡檢側(cè)重于局部損傷的探明;(d)利用綜合評估系統(tǒng)將二者結(jié)合起來;(e)T4t各項監(jiān)測參數(shù)必須進(jìn)行較為完善的后期處理才能夠用于評估結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。圖1.1.1健康監(jiān)測

9、系統(tǒng)總體思路1.1.2系統(tǒng)集成及流程的方案1. 1.2. 1 系統(tǒng)集成該方案的總體系統(tǒng)集成框圖如圖1.2.1所示。* SS1 DATS打也阻忑；Jim卜：垸（SHIEM .1SSDAM :'DBS 門戸血拓絞（ISi圖1.2.1運營監(jiān)測和綜合管理系統(tǒng)集成總體框架圖在上述系統(tǒng)總體框架中各部分的主要工作內(nèi)容及關(guān)聯(lián)關(guān)系分述如下:O1傳感器子系統(tǒng)完成應(yīng)變、結(jié)構(gòu)溫度、索力、幾何變形環(huán)境等參數(shù)的參數(shù)采集工作。C2數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳感器信號的采集、調(diào)理、預(yù)處理、傳輸?shù)取3數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)將采集系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后提交給后續(xù)子系統(tǒng)使用。C4由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)

10、處理與控制子系統(tǒng)共同構(gòu)成了橋梁智能健康監(jiān)測中的信息自動采集系統(tǒng)。C5結(jié)構(gòu)健康評估子系統(tǒng)主要對獲取的各類信息進(jìn)行相應(yīng)的信息處理（包括進(jìn)行有模型的數(shù)據(jù)分析與和無模型的數(shù)據(jù)統(tǒng)計）從而獲得結(jié)構(gòu)健康的信息，并且將這些信息以直觀的形式向橋梁的管理者提供。結(jié)構(gòu)健康評估子系統(tǒng)包括：結(jié)構(gòu)狀態(tài)與損傷識別模塊，結(jié)構(gòu)健康綜合評估模塊。結(jié)構(gòu)狀態(tài)與損傷識別模塊主要完成基于靜力測試數(shù)據(jù)的內(nèi)力狀態(tài)的識別、基于靜力測試數(shù)據(jù)的損傷識別以及基于動力測試數(shù)據(jù)的損傷識別等工作。結(jié)構(gòu)健康綜合評估模塊主要根據(jù)監(jiān)測信息( 來源于信息自動采集系統(tǒng) ) 以及巡檢信息 ( 來源于養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng) ) 并結(jié)合狀態(tài)與損傷識別模塊的分析工作來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合

11、的健康狀態(tài)的評估并對危險狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。O6 中心數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)：由于結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測及綜合管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)信息的種類繁多，有多個系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)信息，同時要支持分布式的處理與訪問，也要支持多并發(fā)統(tǒng)一管理與組織數(shù)據(jù)信息，給系統(tǒng)的維護(hù)與管理提供便利，也為各應(yīng)用子系統(tǒng)提供可靠的分布式數(shù)據(jù)交換與存儲平臺，方便開發(fā)與使用。O7 戶界面子系統(tǒng)：安全監(jiān)測系統(tǒng)由諸多子系統(tǒng)及功能模塊組成，若各子系統(tǒng)及功能模塊均采用各自的用戶界面系統(tǒng)，用戶操作就極為不便，因此必須建立統(tǒng)一的用戶界面系統(tǒng)。用戶界面子系統(tǒng)主要實現(xiàn)諸如向用戶提供操作及管理界面、向用戶提供數(shù)據(jù)展示、 提供系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問接口、向用戶提供報告等功能。O8 人工巡檢養(yǎng)護(hù)管理子系統(tǒng)：由于用于總體結(jié)構(gòu)狀態(tài)判別的方法無法發(fā)現(xiàn)一些局部損用戶的操作，并且數(shù)據(jù)的安全性極為重要。通過建立系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，根據(jù)前可形成更為實用的橋傷，為了盡早檢測到基于傳感器監(jiān)測識別系統(tǒng)無法發(fā)現(xiàn)的局部損傷并適時加以維修， 面的系統(tǒng)設(shè)計思路，將巡檢養(yǎng)護(hù)管理子系統(tǒng)與常規(guī)健康監(jiān)測系統(tǒng)融合， 梁智能健康監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)本項目的情況，應(yīng)專門編制針對本橋的人工巡檢養(yǎng)護(hù)手冊。1.2 2 傳