大型橋梁結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測技術(shù)研究

1、大型橋梁結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測技術(shù)研究報告的內(nèi)容橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀今后的發(fā)展趨勢今后的發(fā)展趨勢工程應(yīng)用實例工程應(yīng)用實例1. 結(jié)束語結(jié)束語1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義 何謂健康監(jiān)測？何謂健康監(jiān)測？問題提出問題提出 u 橋梁結(jié)構(gòu)正朝向大跨度、輕柔化、復(fù)雜化和多橋梁結(jié)構(gòu)正朝向大跨度、輕柔化、復(fù)雜化和多功能的方向發(fā)展；功能的方向發(fā)展；u 荷載向高速重載方向發(fā)展；荷載向高速重載方向發(fā)展；u 在使用過程中，受到車輛荷載、風(fēng)載、沖擊振在使用過程中，受到車輛荷載、風(fēng)載、沖擊振動等復(fù)合載荷作用，其力學(xué)行為復(fù)雜，再加上動等復(fù)

2、合載荷作用，其力學(xué)行為復(fù)雜，再加上環(huán)境氣候的氧化、腐蝕、材料老化等因素的影環(huán)境氣候的氧化、腐蝕、材料老化等因素的影響，將使橋梁的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)逐漸發(fā)生變化。響，將使橋梁的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)逐漸發(fā)生變化。1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義問題提出問題提出u目前我國橋梁的狀況：目前我國橋梁的狀況： 我國現(xiàn)在已建橋梁我國現(xiàn)在已建橋梁100100余萬座，但是由于主客余萬座，但是由于主客觀原因，橋梁垮塌事件屢有發(fā)生，造成人民生命觀原因，橋梁垮塌事件屢有發(fā)生，造成人民生命和國家財產(chǎn)的重大損失（如綦江大橋整體垮塌，和國家財產(chǎn)的重大損失（如綦江大橋整體垮塌，造成造成4040人死亡；僅以廣東省為例，

3、全省有人死亡；僅以廣東省為例，全省有4 4萬余座萬余座橋梁，橋梁，4 4千余座有不同程度損傷，千余座有不同程度損傷，370370座列為危座列為危橋）。發(fā)達(dá)國家的橋梁建設(shè)期早，問題更為嚴(yán)重。橋）。發(fā)達(dá)國家的橋梁建設(shè)期早，問題更為嚴(yán)重。u橋梁垮塌頻發(fā)，例如：橋梁垮塌頻發(fā)，例如：美國塔科馬大橋垮塌的情景美國塔科馬大橋垮塌的情景加拿大魁北克大橋整體垮塌加拿大魁北克大橋整體垮塌（19000噸鋼材和噸鋼材和86名建橋工人落入水中，只有名建橋工人落入水中，只有11人生還人生還 ） 帕勞共和國預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)垮塌前后帕勞共和國預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)垮塌前后重慶綦江彩虹橋整體垮塌重慶綦江彩虹橋整體垮塌 宜賓金

4、沙江南門大橋垮塌后的情景宜賓金沙江南門大橋垮塌后的情景 遼寧盤錦田莊臺大橋垮塌遼寧盤錦田莊臺大橋垮塌Mississippi Rive Bridge在建沱江大橋坍塌在建沱江大橋坍塌(36人死亡）人死亡）1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義問題提出問題提出 由此可見，大型橋梁結(jié)構(gòu)的運營安全由此可見，大型橋梁結(jié)構(gòu)的運營安全是各國政府亟待解決的重大問題。是各國政府亟待解決的重大問題。 如何及時發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)在運營過程中如何及時發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)在運營過程中存在的安全隱患，保證結(jié)構(gòu)的運營安全，存在的安全隱患，保證結(jié)構(gòu)的運營安全，這是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界和工程界面臨的重大這是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界和工程界面臨

5、的重大技術(shù)難題。技術(shù)難題。1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義問題提出問題提出u傳統(tǒng)測試手段的局限性：傳統(tǒng)測試手段的局限性： 對大型橋梁進(jìn)行長期監(jiān)測測試內(nèi)容多、測點對大型橋梁進(jìn)行長期監(jiān)測測試內(nèi)容多、測點分布廣、外部干擾大、野外運行環(huán)境惡劣，而傳分布廣、外部干擾大、野外運行環(huán)境惡劣，而傳統(tǒng)的儀器設(shè)備和測試方法只能用于短期或臨時人統(tǒng)的儀器設(shè)備和測試方法只能用于短期或臨時人工檢測，無法直接用于長期健康監(jiān)測，不能直接工檢測，無法直接用于長期健康監(jiān)測，不能直接預(yù)報橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。預(yù)報橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。u保證橋梁結(jié)構(gòu)安全運營的有效辦法，就是要建立保證橋梁結(jié)構(gòu)安全運營的有效辦法，就是

6、要建立橋梁結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測系統(tǒng)。橋梁結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測系統(tǒng)。1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義1.2 健康監(jiān)測的目的健康監(jiān)測的目的u獲取橋梁結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境信息，實時了解包獲取橋梁結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境信息，實時了解包括環(huán)境溫度、風(fēng)荷載和車輛荷載的變化；括環(huán)境溫度、風(fēng)荷載和車輛荷載的變化；u獲取橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特征信息，實時掌握橋獲取橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特征信息，實時掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況和健康狀況（包括結(jié)構(gòu)的梁結(jié)構(gòu)的工作狀況和健康狀況（包括結(jié)構(gòu)的整體性能和關(guān)鍵部位的局部損傷情況）。整體性能和關(guān)鍵部位的局部損傷情況）。1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義1.3 健康監(jiān)測的意義

7、健康監(jiān)測的意義u為評價大橋承受動、靜載的能力和結(jié)構(gòu)的可靠性為評價大橋承受動、靜載的能力和結(jié)構(gòu)的可靠性（即評價橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)）提供實測數(shù)據(jù)；（即評價橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)）提供實測數(shù)據(jù)；u為驗證大橋設(shè)計理論與方法，修改橋梁設(shè)計規(guī)范為驗證大橋設(shè)計理論與方法，修改橋梁設(shè)計規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)；提供科學(xué)依據(jù)；u為實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)管理、養(yǎng)護(hù)、維修及運為實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)管理、養(yǎng)護(hù)、維修及運營決策，確保運營安全提供依據(jù)。營決策，確保運營安全提供依據(jù)。1. 橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測的目的和意義橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測環(huán)境溫度、溫差、風(fēng)荷載交通荷載、地震荷載船撞荷載靜動態(tài)響應(yīng)監(jiān)測變形

8、、應(yīng)力、振動結(jié)構(gòu)特性分析養(yǎng)護(hù)、維修、管理決策實施荷載及結(jié)構(gòu)響應(yīng)是否異常模態(tài)特性疲勞特性健康狀態(tài)評估結(jié)構(gòu)是否損傷超限報警現(xiàn)場檢查常規(guī)檢查詳細(xì)檢查特殊檢查是否局部開裂、屈曲、腐蝕、退化大橋養(yǎng)護(hù)、維修、管理決策示意圖大橋養(yǎng)護(hù)、維修、管理決策示意圖目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2.1 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成u傳感器系統(tǒng)傳感器系統(tǒng)（包括溫度、應(yīng)變、位移、振動、撓（包括溫度、應(yīng)變、位移、振動、撓 度、風(fēng)速等各類傳感器）度、風(fēng)速等各類傳感器）u數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)（包括信號調(diào)理儀、數(shù)（包括信號調(diào)理儀、數(shù) 據(jù)采集儀及通信網(wǎng)絡(luò)等）據(jù)采集儀及通信網(wǎng)絡(luò)等）u數(shù)據(jù)處理與

9、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)處理、采集（包括數(shù)據(jù)處理、采集 控制、數(shù)據(jù)庫管理與查詢等）控制、數(shù)據(jù)庫管理與查詢等）u健康狀態(tài)評估系統(tǒng)健康狀態(tài)評估系統(tǒng)（包括損傷識別、健康狀（包括損傷識別、健康狀 態(tài)評估及管理決策建議等）態(tài)評估及管理決策建議等）2. 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2.2 橋梁健康監(jiān)測技術(shù)研究內(nèi)容橋梁健康監(jiān)測技術(shù)研究內(nèi)容 橋梁健康監(jiān)測技術(shù)綜合了現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)橋梁健康監(jiān)測技術(shù)綜合了現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信號分析與處理技術(shù)、絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信號分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖

10、掘技術(shù)、預(yù)測技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析理論、結(jié)構(gòu)損傷識掘技術(shù)、預(yù)測技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析理論、結(jié)構(gòu)損傷識別與狀態(tài)評估理論及管理決策理論等多學(xué)科領(lǐng)域別與狀態(tài)評估理論及管理決策理論等多學(xué)科領(lǐng)域的知識，是一門新興的交叉學(xué)科。的知識，是一門新興的交叉學(xué)科。 近年來，隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，橋梁健康監(jiān)近年來，隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，橋梁健康監(jiān)測技術(shù)已成為國內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界研究的熱點。測技術(shù)已成為國內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界研究的熱點。2. 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2.2 橋梁健康監(jiān)測技術(shù)研究內(nèi)容橋梁健康監(jiān)測技術(shù)研究內(nèi)容 研究內(nèi)容主要包括：研究內(nèi)容主要包括：u新型傳感器及數(shù)采設(shè)備的研制與開發(fā)；新型傳感器及數(shù)采設(shè)備的研制與開

11、發(fā)；u數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)研究；數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)研究；u信號分析、處理及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)研究；信號分析、處理及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)研究；u傳感器的優(yōu)化布設(shè)研究；傳感器的優(yōu)化布設(shè)研究；u結(jié)構(gòu)損傷識別理論研究；結(jié)構(gòu)損傷識別理論研究；u橋梁健康狀態(tài)評估技術(shù)研究橋梁健康狀態(tài)評估技術(shù)研究u橋梁網(wǎng)絡(luò)化運營管理及養(yǎng)修決策技術(shù)研究。橋梁網(wǎng)絡(luò)化運營管理及養(yǎng)修決策技術(shù)研究。2. 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2.3 理論研究狀況理論研究狀況 涌現(xiàn)了大量的研究論文，研究內(nèi)容包括：智能傳感器、多功能采集儀、傳感器的優(yōu)化布置、信號無線傳輸技術(shù)、結(jié)構(gòu)損傷識別方法、健康狀態(tài)評估及橋梁生命周期管理養(yǎng)護(hù)等。 舉辦了許多以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

12、為主題的國際會議，比如：l 國際健康監(jiān)測研討會（International Workshop on Structural Health Monitoring)；l 歐洲健康監(jiān)測研討會（European Workshop on Structural Health Monitoring)；l 新型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研討會（International Workshop on Structural Health Monitoring of Innovative Structure)；l 智能結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測會議（ International Conference on Structural Health Mo

13、nitoring and Intelligent Infrastructure)。 2. 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2.3 理論研究狀況理論研究狀況 另外，其它會議也有橋梁健康監(jiān)測技術(shù)專題，如：l 國際模態(tài)會議（International Modal Analysis Conference)；l 歐洲智能結(jié)構(gòu)與材料會議（European Conference on Smart Structures & Materials)；l 國際結(jié)構(gòu)控制會議（World Conference on Structural Control). 國內(nèi)也舉辦過多次有關(guān)的會議。2. 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

14、目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2.4 工程應(yīng)用情況日日本本明明石石海海峽峽大大橋橋日本南備贊瀨戶大橋（公鐵兩用）日本南備贊瀨戶大橋（公鐵兩用）丹麥大貝爾特橋丹麥大貝爾特橋香港汲水門橋香港汲水門橋香港汀九橋香港汀九橋世界最大跨度的公鐵兩用橋世界最大跨度的公鐵兩用橋香港青馬大橋香港青馬大橋江陰長江大橋江陰長江大橋南京長江大橋南京長江大橋 蕪湖長江大橋蕪湖長江大橋 鄭州黃河大橋鄭州黃河大橋 山東濱州黃河大橋山東濱州黃河大橋重慶大佛寺長江大橋重慶大佛寺長江大橋潤揚(yáng)大橋潤揚(yáng)大橋杭州錢塘江四橋杭州錢塘江四橋蘇通大橋（斜拉橋主孔跨度蘇通大橋（斜拉橋主孔跨度1088米米 ）香港昂船洲大橋（主跨香港昂船洲大橋（主跨101

15、81018米米 ）將要建立的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)：武漢長江大橋武漢長江大橋 九江長江大橋九江長江大橋 南京大勝關(guān)長江大橋（世界第一座南京大勝關(guān)長江大橋（世界第一座6線橋）線橋）武漢天興洲長江大橋（武漢天興洲長江大橋（主跨主跨504m四線公鐵兩用橋）四線公鐵兩用橋）河北省宣大高速公路海爾洼大橋（跨徑河北省宣大高速公路海爾洼大橋（跨徑138m）京張高速公路官廳湖橋（京張高速公路官廳湖橋（651011065m） 3. 今后的發(fā)展趨勢3.1 目前橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題目前橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題u監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；u傳感器選型及優(yōu)化布設(shè)的合理性有待商

16、榷；傳感器選型及優(yōu)化布設(shè)的合理性有待商榷；u監(jiān)測系統(tǒng)本身軟硬件的耐久性、長期穩(wěn)定性難以保證；監(jiān)測系統(tǒng)本身軟硬件的耐久性、長期穩(wěn)定性難以保證；u環(huán)境影響和測量噪聲難以消除；環(huán)境影響和測量噪聲難以消除；u測量數(shù)據(jù)的不完備性，給數(shù)據(jù)分析帶來困難；測量數(shù)據(jù)的不完備性，給數(shù)據(jù)分析帶來困難；u海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理困難，容易淹沒真實有用的信息；海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理困難，容易淹沒真實有用的信息；u結(jié)構(gòu)損傷識別方法還處在理論研究和實驗室應(yīng)用階段；結(jié)構(gòu)損傷識別方法還處在理論研究和實驗室應(yīng)用階段；u結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評價理論尚不完善；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評價理論尚不完善；相關(guān)子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合和協(xié)調(diào)統(tǒng)一有待加強(qiáng)。相關(guān)子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合和

17、協(xié)調(diào)統(tǒng)一有待加強(qiáng)。3. 今后的發(fā)展趨勢3.2 主要發(fā)展趨勢主要發(fā)展趨勢逐步建立和完善統(tǒng)一的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和逐步建立和完善統(tǒng)一的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；規(guī)范；研制開發(fā)適合野外長期監(jiān)測的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，研制開發(fā)適合野外長期監(jiān)測的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，保證監(jiān)測系統(tǒng)本身性能長期穩(wěn)定、可靠，壽命長；保證監(jiān)測系統(tǒng)本身性能長期穩(wěn)定、可靠，壽命長；進(jìn)一步完善橋梁監(jiān)測信號處理技術(shù)和方法，提高監(jiān)測進(jìn)一步完善橋梁監(jiān)測信號處理技術(shù)和方法，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性；數(shù)據(jù)的可靠性；逐步完善結(jié)構(gòu)損傷識別方法和健康狀態(tài)評價理論，并逐步完善結(jié)構(gòu)損傷識別方法和健康狀態(tài)評價理論，并使之盡快投入實際的工程應(yīng)用使之盡快

18、投入實際的工程應(yīng)用4. 工程應(yīng)用實例4.1 蕪湖長江大橋長期監(jiān)測、安全評估及報警系統(tǒng)蕪湖長江大橋長期監(jiān)測、安全評估及報警系統(tǒng)4.1.1 4.1.1 引引 言言 蕪湖長江大橋是一座公、鐵兩用的特大橋梁，蕪湖長江大橋是一座公、鐵兩用的特大橋梁，是我國橋梁建設(shè)史上的標(biāo)志性工程，它采用了是我國橋梁建設(shè)史上的標(biāo)志性工程，它采用了28項當(dāng)今橋梁工程建設(shè)的最新技術(shù)，代表了我國當(dāng)代項當(dāng)今橋梁工程建設(shè)的最新技術(shù)，代表了我國當(dāng)代橋梁設(shè)計和建造的最高水平。橋梁設(shè)計和建造的最高水平。 為了跟蹤世界科技前沿，保持蕪湖長江大橋的為了跟蹤世界科技前沿，保持蕪湖長江大橋的科技領(lǐng)先水平，確保大橋的運營安全及結(jié)構(gòu)的可靠科技領(lǐng)先水

19、平，確保大橋的運營安全及結(jié)構(gòu)的可靠性，為大橋的養(yǎng)護(hù)、維修及科學(xué)管理提供依據(jù)，并性，為大橋的養(yǎng)護(hù)、維修及科學(xué)管理提供依據(jù)，并為改進(jìn)和完善新型橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論、修改設(shè)計為改進(jìn)和完善新型橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論、修改設(shè)計規(guī)范提供實測參考數(shù)據(jù)，經(jīng)鐵道部科技司批準(zhǔn)，進(jìn)規(guī)范提供實測參考數(shù)據(jù)，經(jīng)鐵道部科技司批準(zhǔn)，進(jìn)行立項研究。行立項研究。4.1.2 4.1.2 監(jiān)測系統(tǒng)簡介監(jiān)測系統(tǒng)簡介 蕪湖長江大橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、蕪湖長江大橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、安全評估和信息顯示數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、安全評估和信息顯示系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)等組成。 監(jiān)測系統(tǒng)總體目標(biāo)為：監(jiān)

20、測系統(tǒng)總體目標(biāo)為：獲取結(jié)構(gòu)特征信息，實時掌握橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)；獲取結(jié)構(gòu)特征信息，實時掌握橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)；監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能和關(guān)鍵部位的局部損傷，為監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能和關(guān)鍵部位的局部損傷，為結(jié)構(gòu)維修提供依據(jù)；結(jié)構(gòu)維修提供依據(jù)；評價大橋承受動、靜載的能力和結(jié)構(gòu)可靠性，為運營評價大橋承受動、靜載的能力和結(jié)構(gòu)可靠性，為運營決策與管理提供依據(jù)；決策與管理提供依據(jù)；驗證和修正橋梁設(shè)計方法，為規(guī)范的修改提供依據(jù)。驗證和修正橋梁設(shè)計方法，為規(guī)范的修改提供依據(jù)。 監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)（小集中分散數(shù)據(jù)采集方式）（小集中分散數(shù)據(jù)采集方式）通信通信網(wǎng)絡(luò)示意圖網(wǎng)絡(luò)示意圖數(shù)采系統(tǒng)數(shù)采系統(tǒng)傳感系統(tǒng)傳感系統(tǒng)橋下控制

21、室橋下控制室傳輸光纜傳輸光纜橋上橋上7墩采集站墩采集站授權(quán)用戶終端授權(quán)用戶終端交換機(jī)交換機(jī)測站測站1測站測站2測站測站n數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)狀態(tài)評價系統(tǒng)狀態(tài)評價系統(tǒng)01234678910511121314120.00+2144.00=408.001.001.003144.00432.001.001.003144.00432.001.001.00180.00+312.00+180.00=672.002120.00=240.001.001.000.750.75斜拉橋部分斜拉橋部分10#墩墩（1測站）測站）1011墩跨中墩跨中（3測站）測站）11#墩墩（2測站）測站）29#墩墩（軸重

22、監(jiān)測站）（軸重監(jiān)測站）蕪湖長江大橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖蕪湖長江大橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖演示廳演示廳機(jī)房機(jī)房控制室控制室數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)采集監(jiān)測服務(wù)器數(shù)據(jù)采集監(jiān)測服務(wù)器數(shù)據(jù)查詢服務(wù)器數(shù)據(jù)查詢服務(wù)器示波器示波器頁面瀏覽器頁面瀏覽器數(shù)據(jù)管理器數(shù)據(jù)管理器頁面瀏覽器頁面瀏覽器示波器示波器數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)查詢報警與事件 日報警與事件 日志志大顯示屏大顯示屏集線器集線器演示電腦演示電腦筆記本電腦筆記本電腦投影儀投影儀大投影大投影9 9墩測站墩測站（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）8 8墩測站墩測站（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）5 5墩測站墩測站（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）6 67 7墩跨

23、中墩跨中測站測站（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）6 6墩測站墩測站（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）（網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀）7 7墩墩（橋上采集總站）（橋上采集總站）交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀連續(xù)梁部分連續(xù)梁部分系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容有：系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容有： 橋梁工作環(huán)境信息：橋梁工作環(huán)境信息：主要包括列車速度、主要包括列車速度、軸重、軸距、軸數(shù)及列車進(jìn)出橋時間、環(huán)境溫度、軸重、軸距、軸數(shù)及列車進(jìn)出橋時間、環(huán)境溫度、梁體斷面溫度梯度及各應(yīng)變測點的溫度；梁體斷面溫度梯度及各應(yīng)變測點的溫度； 結(jié)構(gòu)性能響應(yīng)信息：結(jié)構(gòu)性能響應(yīng)信息：主要包括關(guān)鍵主桁桿主要包括關(guān)鍵主桁桿件及鐵路縱橫梁應(yīng)力、梁體跨中撓度及梁端縱向件及鐵路縱橫梁應(yīng)力、梁體跨

24、中撓度及梁端縱向位移、梁體和墩頂橫向振動、豎向振動及加速度；位移、梁體和墩頂橫向振動、豎向振動及加速度； 列車行車安全信息：列車行車安全信息：主要包括脫軌系數(shù)和主要包括脫軌系數(shù)和輪重減載率等。輪重減載率等。測點總數(shù)測點總數(shù)為為219219個個 主要包括列車荷載、速度、溫度、應(yīng)變、振動、主要包括列車荷載、速度、溫度、應(yīng)變、振動、撓度、位移等多種傳感器及相應(yīng)的信號放大與接撓度、位移等多種傳感器及相應(yīng)的信號放大與接口裝置?？谘b置。 傳感器傳感器 車速傳感器車速傳感器振動傳感器振動傳感器應(yīng)變傳感器應(yīng)變傳感器光纖應(yīng)變傳感器光纖應(yīng)變傳感器4.1.3 4.1.3 監(jiān)測數(shù)采系統(tǒng)特點監(jiān)測數(shù)采系統(tǒng)特點 1）無人值

25、守，意外停機(jī)后自動上電、自動恢）無人值守，意外停機(jī)后自動上電、自動恢復(fù)運行。復(fù)運行。2) 2) 各項工作參數(shù)可遠(yuǎn)程設(shè)置，工作狀態(tài)可遠(yuǎn)各項工作參數(shù)可遠(yuǎn)程設(shè)置，工作狀態(tài)可遠(yuǎn)程診斷。程診斷。3) 3) 數(shù)據(jù)傳輸迅速、準(zhǔn)確可靠。數(shù)據(jù)傳輸迅速、準(zhǔn)確可靠。4.1.4 4.1.4 數(shù)采系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)數(shù)采系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 利用利用LabVIEWLabVIEW設(shè)計了一套具有自動采集、遠(yuǎn)程設(shè)計了一套具有自動采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測等功能的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測等功能的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)。 n 實時顯示列車車況；實時顯示列車車況；n 實時顯示時程曲線、最大值等；實時顯示時程曲線、最大值等；n 實時報警；實時報警；n 監(jiān)測數(shù)據(jù)自動

26、入庫。監(jiān)測數(shù)據(jù)自動入庫。 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：系統(tǒng)實現(xiàn)的功能： 監(jiān)測數(shù)采界面監(jiān)測數(shù)采界面 數(shù)采包括數(shù)采包括8項內(nèi)容：項內(nèi)容： 列車信息列車信息 上游橫向動位移上游橫向動位移 豎向動位移豎向動位移 墩頂橫向動位移墩頂橫向動位移 梁端縱向位移梁端縱向位移 主桁桿應(yīng)力波形主桁桿應(yīng)力波形 加速度加速度 動撓度動撓度 邊采邊顯主界面邊采邊顯主界面應(yīng)變波形應(yīng)變波形撓度波形撓度波形加速度加速度 邊采邊顯主面板邊采邊顯主面板4.1.5 4.1.5 數(shù)采軟件的主要特色數(shù)采軟件的主要特色 該數(shù)采軟件技術(shù)起點高，源程序思路清晰、邏輯該數(shù)采軟件技術(shù)起點高，源程序思路清晰、邏輯關(guān)系及流程形象直觀、易讀、易改、可移植性好、關(guān)

27、系及流程形象直觀、易讀、易改、可移植性好、軟件開發(fā)周期短；監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示刷新速度快，波軟件開發(fā)周期短；監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示刷新速度快，波形生動、形象、逼真，數(shù)據(jù)處理方便、快捷。形生動、形象、逼真，數(shù)據(jù)處理方便、快捷。 4.1.6 4.1.6 數(shù)據(jù)庫查詢功能數(shù)據(jù)庫查詢功能n 能進(jìn)行特征數(shù)和時程曲線的查詢能進(jìn)行特征數(shù)和時程曲線的查詢n 能對大橋健康狀態(tài)進(jìn)行初步判斷能對大橋健康狀態(tài)進(jìn)行初步判斷數(shù)據(jù)查詢界面數(shù)據(jù)查詢界面 進(jìn)入數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)后，按照進(jìn)入數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)后，按照已設(shè)定的查詢內(nèi)容和查詢功能，已設(shè)定的查詢內(nèi)容和查詢功能，用戶根據(jù)自己要求，按逐級選擇用戶根據(jù)自己要求，按逐級選擇下拉菜單方式查詢所需要的數(shù)據(jù)下

28、拉菜單方式查詢所需要的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，并以適當(dāng)?shù)膱D表形和分析結(jié)果，并以適當(dāng)?shù)膱D表形式給出查詢的結(jié)果。式給出查詢的結(jié)果。數(shù)據(jù)查詢下拉菜單數(shù)據(jù)查詢下拉菜單數(shù)據(jù)查詢主界面數(shù)據(jù)查詢主界面數(shù)據(jù)查詢功能數(shù)據(jù)查詢功能 在數(shù)據(jù)查在數(shù)據(jù)查詢過程中，用詢過程中，用戶可根據(jù)需要戶可根據(jù)需要進(jìn)行必要的數(shù)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析，主要據(jù)分析，主要包括時域顯示包括時域顯示、波形的縱、波形的縱、橫向放大與縮橫向放大與縮小、波形移動小、波形移動、數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)回放、找最大值及波找最大值及波形打印等。時形打印等。時域顯示過程中域顯示過程中還可同頁顯示還可同頁顯示兩個通道或多兩個通道或多通道時域波形通道時域波形。 數(shù)據(jù)查詢界面數(shù)據(jù)查詢

29、界面 橫向振動時程曲線橫向振動時程曲線橫向振動時程曲線細(xì)化橫向振動時程曲線細(xì)化 橫向振動時程曲線同頁顯示橫向振動時程曲線同頁顯示主桁桿件應(yīng)力時程曲線同頁顯示主桁桿件應(yīng)力時程曲線同頁顯示主桁桿件應(yīng)力時程曲線主桁桿件應(yīng)力時程曲線 撓度波形時程曲線撓度波形時程曲線撓度波形對比圖撓度波形對比圖4.1.7 4.1.7 橋梁橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估系統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估的預(yù)測函數(shù)：橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估的預(yù)測函數(shù)： 橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估方法：橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估方法： 基于準(zhǔn)靜基于準(zhǔn)靜態(tài)識別理論，態(tài)識別理論，利用統(tǒng)計對比利用統(tǒng)計對比診斷法，建立診斷法，建立了一種實用性了一種實用性強(qiáng)、能考慮

30、多強(qiáng)、能考慮多種影響因素的種影響因素的橋梁結(jié)構(gòu)整體橋梁結(jié)構(gòu)整體性能評估方法。性能評估方法。111210987541月份0362梁端縱向位移mm604020梁端縱向位移隨時間變化曲線梁端縱向位移隨時間變化曲線 ,PTKfY iiiYY1iiiiYY21iiiYY2ni, 2 , 1ni, 2 , 1ni, 2 , 1監(jiān)控室監(jiān)控室4.2 4.2 鄭州黃河大橋振動遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)報系統(tǒng)鄭州黃河大橋振動遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)報系統(tǒng) 鄭州黃河大橋是一鄭州黃河大橋是一座服役近座服役近50年的老橋，年的老橋，是我國最繁忙的京廣鐵是我國最繁忙的京廣鐵路線上跨越黃河的咽喉路線上跨越黃河的咽喉要道。九七年列車提速要道。九七年列

31、車提速以來，橋梁橫向振動嚴(yán)以來，橋梁橫向振動嚴(yán)重超限，先后在該橋上重超限，先后在該橋上發(fā)生過三次貨車脫軌事發(fā)生過三次貨車脫軌事故。故。4.2.1 4.2.1 引引 言言 鄭州黃河大橋鄭州黃河大橋1960年竣工，其上部結(jié)構(gòu)為年竣工，其上部結(jié)構(gòu)為142孔上承式鋼板梁（上、下行各孔上承式鋼板梁（上、下行各71孔），兩孔），兩片主梁之間的中心距為，梁高；下部結(jié)構(gòu)為樁片主梁之間的中心距為，梁高；下部結(jié)構(gòu)為樁基墩臺（共基墩臺（共72個），基礎(chǔ)設(shè)計為兩根直徑的鋼個），基礎(chǔ)設(shè)計為兩根直徑的鋼筋混凝土管柱，管柱原設(shè)計深度為筋混凝土管柱，管柱原設(shè)計深度為40m（實際（實際入土深度為入土深度為30m）；橋上線路為直

32、線平坡。大）；橋上線路為直線平坡。大橋建成后，一直是京廣線跨越黃河的咽喉要道，橋建成后，一直是京廣線跨越黃河的咽喉要道，其重要性不言而喻。其重要性不言而喻。 自從九七年列車提速以來，特別是當(dāng)貨車提速自從九七年列車提速以來，特別是當(dāng)貨車提速以后，該橋上先后在發(fā)生過三次貨車脫軌事故。以后，該橋上先后在發(fā)生過三次貨車脫軌事故。 為了保證列車過橋的安全，迫切要求研究開發(fā)為了保證列車過橋的安全，迫切要求研究開發(fā)一套振動監(jiān)測系統(tǒng)（包括長期在線監(jiān)測、安全評價一套振動監(jiān)測系統(tǒng)（包括長期在線監(jiān)測、安全評價及預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)），以便在監(jiān)測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)及預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)），以便在監(jiān)測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)某孔梁跨中橫向振幅超

33、限時，橋管部門可及采取相某孔梁跨中橫向振幅超限時，橋管部門可及采取相應(yīng)的技術(shù)措施和管理辦法，以確保列車在橋上的行應(yīng)的技術(shù)措施和管理辦法，以確保列車在橋上的行車安全。車安全。 實現(xiàn)對鄭州黃河大橋鋼板梁橋遠(yuǎn)程振動監(jiān)實現(xiàn)對鄭州黃河大橋鋼板梁橋遠(yuǎn)程振動監(jiān)測，對保證列車在橋上的行車安全，對加深人測，對保證列車在橋上的行車安全，對加深人們對車們對車橋振動規(guī)律的認(rèn)識，促進(jìn)車橋振動規(guī)律的認(rèn)識，促進(jìn)車橋振動橋振動理論的發(fā)展具有重要的理論意義和實用價值。理論的發(fā)展具有重要的理論意義和實用價值。 4.2.2 4.2.2 振動監(jiān)測系統(tǒng)的目標(biāo)和技術(shù)要求振動監(jiān)測系統(tǒng)的目標(biāo)和技術(shù)要求 系統(tǒng)的總體目標(biāo)：系統(tǒng)的總體目標(biāo)： 詳細(xì)

34、了解列車過橋時上承式鋼板梁橋的振詳細(xì)了解列車過橋時上承式鋼板梁橋的振動規(guī)律；動規(guī)律； 實時掌握全橋各孔跨中的橫向振動狀態(tài)；實時掌握全橋各孔跨中的橫向振動狀態(tài)； 監(jiān)測過橋列車的速度、軸數(shù)、軸距及大致監(jiān)測過橋列車的速度、軸數(shù)、軸距及大致編組情況；編組情況； 定時用戶發(fā)送監(jiān)測的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。定時用戶發(fā)送監(jiān)測的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。 技術(shù)要求：技術(shù)要求： 數(shù)采系統(tǒng)意外停機(jī)后可自動復(fù)位；數(shù)采系統(tǒng)意外停機(jī)后可自動復(fù)位； 數(shù)采系統(tǒng)的觸發(fā)方式、采樣順序、采樣頻率、數(shù)采系統(tǒng)的觸發(fā)方式、采樣順序、采樣頻率、采樣長度等工作參數(shù)可遠(yuǎn)程設(shè)置和修改；采樣長度等工作參數(shù)可遠(yuǎn)程設(shè)置和修改； 監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)故障（包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

35、監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)故障（包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信與管理系統(tǒng)工作是否正常）可遠(yuǎn)程和數(shù)據(jù)通信與管理系統(tǒng)工作是否正常）可遠(yuǎn)程診斷診斷4.2.3 主要監(jiān)測內(nèi)容主要監(jiān)測內(nèi)容4.2.4 4.2.4 網(wǎng)絡(luò)數(shù)采系統(tǒng)布置圖網(wǎng)絡(luò)數(shù)采系統(tǒng)布置圖 傳輸光纜橋工段總監(jiān)控室測站1 2 3 4 .5 6 7 .8 . 測站 9交換機(jī) .交換機(jī) 交換機(jī)測點線路布置測點線路布置測站N至總監(jiān)控室網(wǎng)絡(luò)數(shù)采儀圖3 監(jiān)測系統(tǒng)某測站線路布置圖傳輸光纜交換機(jī)傳感器上行線下行線4.2.5 4.2.5 數(shù)采軟件的設(shè)計與開發(fā)數(shù)采軟件的設(shè)計與開發(fā) 主要功能如下：主要功能如下：1 1）在監(jiān)測主控計算機(jī)上，可以實時顯示列車過橋時在監(jiān)測主控計算機(jī)上，可以實時顯示列車過橋時列車進(jìn)出橋時間、列車車速、軸數(shù)、軸距；列車進(jìn)出橋時間、列車車速、軸數(shù)、軸距；2) 2) 邊采邊顯各組測點的振動時程曲線、最大幅值，邊采邊顯各組測點的振動時程曲線、最大幅值，一旦出現(xiàn)振幅超限及時報警；一旦出現(xiàn)振幅超限及時報警；3 3）列車出橋后，自動將本測次采集的全部數(shù)據(jù)入庫）列車出橋后，自動將本測次采集的全部數(shù)據(jù)入庫保存。保存。 監(jiān)測數(shù)采界面監(jiān)測數(shù)采界面在數(shù)采過程中在數(shù)采過程中有多種顯示面有多種顯示面板，邊采邊顯板，邊采邊顯列車過橋信息、列車過橋信息、環(huán)境溫度、鋼環(huán)境溫度、鋼軌溫度、雨水軌溫度、雨水信息和信息和1 1至至9 9組組及重點試驗孔及重點試驗孔各個測點