大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成及內(nèi)容

大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成及內(nèi)容教學目標了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成掌握橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容及所使用的儀器設備了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設計的內(nèi)容。教學要求知識要點能力要求相關知識橋梁健康監(jiān)測概論(1)了解橋梁健康監(jiān)測的概念、意義以及作用(2)了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成(3)了解橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)容橋梁健康監(jiān)測技術(1)掌握GPS監(jiān)測系統(tǒng)(2)掌握實驗模態(tài)分析法(3)掌握結構損傷檢測定位技術橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計(1)了解設計準則和測點布置(2)了解監(jiān)測項目橋梁工程中，大型橋梁的健康狀態(tài)直接影響橋梁的使用運營。大型橋梁的健康監(jiān)測能夠適時的了解橋梁的運營狀況，及時發(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，同時橋梁的健康監(jiān)測能夠驗證橋梁設計理論及計算假定的正誤，并對橋梁的研究與發(fā)展提供實踐依據(jù)。通過本章學習，了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成，掌握橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容及所使用的儀器設備，了解橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設計的內(nèi)容。13.1橋梁健康監(jiān)測概論概念通過先進的監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁結構的工作狀態(tài)和整體行為進行實時監(jiān)控，對結構的損傷位置和程度進行診斷，對橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行智能評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁的維修、養(yǎng)護與管理決策提供科學的依據(jù)和指導。意義和作用（1）評估和預警（2）設計驗證（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等部分組成。（2）信號采集與處理系統(tǒng)。實現(xiàn)多種信息源、不同物理信號的采集與預處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對數(shù)據(jù)進行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲起來。（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。利用可實現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進行診斷，包括結構是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成及其工作流程圖

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及使用的傳感器

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

（2）荷載。包括風、地震、溫度、交通荷載等。所使用的傳感器有:①風速儀—記錄風向、風速進程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得風功率譜；②溫度計—記錄溫度、溫度差時程歷史；③動態(tài)地秤—記錄交通荷載流時程歷史，連接數(shù)據(jù)處理后可得交通荷載譜；④強震儀—記錄地震作用；⑤攝像機—記錄車流情況和交通事故。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及使用的傳感器

（3）幾何監(jiān)測。監(jiān)測橋梁各部位的靜態(tài)位置、動態(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、傾角儀、GPS、電子測距器、數(shù)字照像機等。（4）結構的靜動力反應。監(jiān)測橋梁的位移、轉角、應變應力、索力、動力反應(頻率模態(tài))等。所使用的傳感器有：①應變儀—記錄橋梁靜動力應變應力，連接數(shù)字處理后可得構件疲勞應力循環(huán)譜；②測力計(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—記錄結構各部位的反應加速度、連接數(shù)據(jù)處理后可得結構的模態(tài)參數(shù)。（5）非結構部件及輔助設施。支座、振動控制設施等。13.2健康監(jiān)測測技術GPS監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)1.基本概念念2.位移監(jiān)測測原理13.2健康監(jiān)測測技術GPS監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)3.技術特點點（1）GPS監(jiān)測站之之間勿需需通視，，可以實實現(xiàn)不同同測點間間的同步步觀測；；（2）GPS觀測工作作可以在在任何地地點，任任何時間間連續(xù)地地進行，，受外界界大氣影影響小；；（3）GPS測定位移移自動化化程度高高。（4）GPS定位速度度快、精精度高。。結構損傷傷檢測定定位技術術模式識別別法模型修正正法人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡法法遺傳算法法13.3橋梁健康康監(jiān)測系系統(tǒng)的設設計監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)設計準準則和測測點布置置（1）監(jiān)測系系統(tǒng)的設設計應首首先考慮慮建立該該系統(tǒng)的的目的和和功能。。對于特特定的橋橋梁，建建立健康康監(jiān)測系系統(tǒng)的目目的可以以是橋梁梁監(jiān)控與與評估，，或是設設計的驗驗證，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)測項項目也就就能確定定。（2）系統(tǒng)投投資額的的限度。。監(jiān)測系系統(tǒng)中各各監(jiān)測項項目的規(guī)規(guī)模以及及所采用用的傳感感器和通通信設備備等的確確定都需需要考慮慮整個項項目投資資額的限限度，必必須對設設計方案案做成本本—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)測測項目和和測點數(shù)數(shù)設計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)測系統(tǒng)統(tǒng)傳感器器布置表表橋梁名稱健康監(jiān)測傳感器環(huán)境應變位移振動風速儀溫度傳感器動態(tài)地坪電阻應變計位移傳感器水平儀GPS速度計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潤揚長江大橋140-72--15-53東?？绾４髽?23-9--5-15南京長江大橋130-5012---28上海長江大橋554-107--16-15監(jiān)測項目目監(jiān)測項目目包括3個方面內(nèi)內(nèi)容：工工作環(huán)境境監(jiān)測、、結構狀狀態(tài)監(jiān)測測、結構構響應行行為監(jiān)測測1．風力效效應監(jiān)測測2．橋梁結結構溫度度場監(jiān)測測3．交通荷荷載效應應監(jiān)測4．鐵路荷荷載效應應監(jiān)測5．大橋主主纜索的的索力監(jiān)監(jiān)測6．大橋主主要構件件的應力力監(jiān)測13.4潤揚長江江大橋健健康監(jiān)測測實例潤揚長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，斜拉拉橋為三三跨(176m+406m+176m)雙塔雙索索面型鋼鋼箱梁橋橋，懸索索橋為單單跨雙鉸鉸簡支鋼鋼箱梁橋橋，主跨跨1590m，為中國國第一，，世界第第三。斜拉橋的的監(jiān)測測測點布置置1．斜拉拉索的的監(jiān)測測2．橋面面主梁梁的監(jiān)監(jiān)測3．索塔塔的監(jiān)監(jiān)測斜拉橋橋的監(jiān)監(jiān)測測測點布布置1．斜拉拉索的的監(jiān)測測2．橋面面主梁梁的監(jiān)監(jiān)測3．索塔塔的監(jiān)監(jiān)測圖13.5潤揚大大橋斜斜拉橋橋結構構健康康監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng)測點點布置置圖（（單位位：mm）Acc-加速度度傳感感(80個);Str-應變傳傳感器器(60個);Ane-風速儀儀((1個);T-溫度傳傳感器器(24個);GPS-GPS站點(8個)懸索橋橋監(jiān)測測測點點布置置1．主纜纜和吊吊索的的監(jiān)測測2．主梁梁的監(jiān)監(jiān)測3．索塔塔的監(jiān)監(jiān)測