華陽特大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)

華陽特大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)

初步技術方案

同濟大學橋梁工程系

二零一二年三月

目錄

第1章項目的背景和必要性.......................................44

1.1工程概況...............................................44

1.2橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)......................................44

1.3橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能.............................55

1.4建立橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的和意義.......................66

第2章系統(tǒng)設計原則與目標.......................................66

第3章設計依據、標準...........................................77

3.1設計依據...............................................77

3.2技術標準...............................................77

3.3設計規(guī)范...............................................88

第4章監(jiān)測內容及系統(tǒng)構成.......................................88

4.1橋梁健康監(jiān)測內容........................................88

4.2監(jiān)測系統(tǒng)構成..........................................1010

4.3監(jiān)測系統(tǒng)的拓撲結構....................................1111

第5章傳感器子系統(tǒng)...........................................1212

5.1傳感器子系統(tǒng)的設計原則...............................1212

5.2傳感器的類型、布設及技術要求.........................1313

5.2.1雨量傳感器......................................1313

5.2.2空氣溫度計.....................................1313

5.2.3空氣濕度計.....................................1414

524結構溫度傳感器..................................1414

5.2.5加速度傳感器...................................1515

5.2.6應變計.........................................1616

5.2.7振弦式應變計...................................1616

5.2.8靜力水準儀.....................................1717

529位移傳感器......................................1818

5.2.10激光測距儀.....................................1818

5211振動索力計.....................................1919

5212橋傳感器匯總...................................1919

5.2.13傳感器布設位置.................................2020

5.3傳感器測點保護........................................2626

第6章數據采集和傳輸子系統(tǒng)...................................2626

6.1數據采集和傳輸子系統(tǒng)的總體設計思路...................2626

6.2工作站的組成及功能....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

6.3數據采集單元外圍設備………錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

6.3.1機柜.............錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

6.3.2工業(yè)級控制機柜溫度調節(jié)機錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義

書簽。

6.3.3UPS及后備電池...錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

6.4數據傳輸子系統(tǒng)的設計………錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

6.4.1底層傳輸網絡.....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

6.4.2上層傳輸網絡的設計.?錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

第7章數據處理及管理子系統(tǒng).....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

7.1數據處理與管理子系統(tǒng)總體要求錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書

簽。

7.2數據存儲原則.......錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

7.3數據庫訪問控制設計.錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

7.4服務器系統(tǒng)的設計..錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

7.4.1服務器系統(tǒng)總體說明及設計原則錯誤!未定義書簽。錯誤!未

定義書簽。

7.4.2服務器系統(tǒng)構成及邏輯拓撲錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義

書簽。

7.4.3服務器技術參數要求及設備選型錯誤!未定義書簽。錯誤!未

定義書簽。

第8章結構狀態(tài)評估子系統(tǒng)........錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

8.1橋梁結構狀態(tài)評估子系統(tǒng)總體設計錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義

書簽。

8.1.1橋梁結構狀態(tài)評估子系統(tǒng)總體框架錯誤!未定義書簽。錯誤!

未定義書簽。

8.1.2在線評估方法..錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

8.1.3離線評估方法..錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

8.1.4評估成果.......錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

8.2預警系統(tǒng)的設計.....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

第9章軟件系統(tǒng)集成設計..........錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.1業(yè)務功能總體框架描述………錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.2業(yè)務功能總體數據流程描述.錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3數據采集工作站部分數據流程描述錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義

書簽。

9.3.1工作站參數配置.....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.2信號調理與轉換.....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.3數字信號處理錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.4數據采樣錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.5采樣控制錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.6數據本地存儲錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.7系統(tǒng)自檢錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.3.8數據通訊錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.4數據接收和存儲服務器………錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.4.1數據通訊錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.4.2系統(tǒng)維護及自檢....錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.4.3人工養(yǎng)護數據錄入……錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.4.4數據庫流程描述...錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

9.5數據處理和評估服務器數據流程描述錯誤!未定義書簽。錯誤!未定

義書簽。

9.5.1數據處理..........錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

952在線評估..........錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

第10章系統(tǒng)造價估算............錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

10.1系統(tǒng)硬件造價.........錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

10.2系統(tǒng)造價估算.........錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。

第1章項目的背景和必要性

1.1工程概況

華陽特大橋屬于華陽路南延線道路工程項目，跨越潭洲水道。該項目為南

北走向，北起佛陳路碧桂花城段，南止于荷岳路，全長3.118km。華陽特大橋位

于東平新城核心區(qū)，連接陳村與樂從兩鎮(zhèn)，是連接禪城區(qū)與東平新城區(qū)的重要

紐帶。橋址位于燈籠沙洲島下游344m處，該處潭洲水道分南北兩個航道，其中

南航道槽較深，航跡線偏于南側，較為順直，為其主要航道。橋軸線法線方向

與水流主流向的交角為6。。主橋起點樁號為K1+696,終點樁號為K2+082。北側

過渡墩位于R=1800m的平曲線上，南側過渡墩位于R=1000m的平曲線上，兩主

墩位于直線段內?？v面主要位于il=2.3%、i2=-

2.5%的凸型曲線(R=3300m,T=79.2m,E=0.95m)上。主橋為雙向8車道，左右

幅橋面均為2%的正常橫坡。主橋分為左右兩幅，上部結構采用(109+168+109)m

跨PC連續(xù)梁，由于左右兩幅橋結構相似，所以健康監(jiān)測系統(tǒng)采用相同布置方式

o橋梁總體布置圖見圖1。

圖1橋梁總體布置圖

1.2橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)

橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，是一個以橋梁結構為平臺，應用現(xiàn)代傳感技術、

通信網絡技術和計算機技術，優(yōu)化組合結構監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、交通監(jiān)測、設備

監(jiān)測、綜合報警、信息網絡分析處理各功能子系統(tǒng)為一體的綜合監(jiān)測系統(tǒng)。它

監(jiān)測橋梁在各種環(huán)境、荷載等因素作用下的結構響應，并能有效地提供橋梁養(yǎng)

護管理的科學依據，顯著提高橋梁的整體管理水平，從而能夠最大限度地確保

橋梁安全運營、預診斷橋梁病害和延長橋梁使用壽命。

橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)旨在探測結構的性態(tài)變化，揭示結構損傷與結構性

能劣化。理想的健康監(jiān)測系統(tǒng)應能在結構損傷出現(xiàn)的較早時期發(fā)現(xiàn)損傷，在傳

感器允許的情況下，結合損傷識別技術確定損傷的位置，評估損傷程度，預測

剩余的有效壽命。要實現(xiàn)橋梁結構的健康監(jiān)測，必須要有完整的橋梁狀態(tài)信息

、科學的安全分析評估手段，這就要求橋梁具有感覺神經與思維判斷能力，前

者就是能獲取橋梁狀態(tài)的信息采集硬件系統(tǒng)，后者則是數據分析評估的軟件系

統(tǒng)。其核心內容包括：

令智能傳感元件：需要對橋梁進行監(jiān)測的主要為風、浪、冰、車輛荷載等的

環(huán)境量；應力、變形、裂紋、疲勞損傷、反力等的局部量；動力特性和狀

態(tài)反應等的整體量。根據監(jiān)測量的需要，開發(fā)滿足穩(wěn)定性與耐久性、可埋

設或表面附著、大規(guī)模分布式的傳感元件是這一部分的核心內容。

令數據采集與智能處理：數據采集的主要內容是各種智能傳感元件的信號轉

換接口和采集軟件的開發(fā)。信號處理的核心內容是提取結構損傷特征信息

,充分利用現(xiàn)代信號處理方法，如高階譜分析、時頻分析、小波分析、神

經網絡等方法，對傳感器傳輸來的信息進行智能處理，通過數據融合理論

表征結構特征損傷信息，便于對橋梁結構進行安全與損傷評估。

令健康診斷與安全評估：健康診斷與安全評估主要包括損傷識別、定位與模

型修正和安全評估系統(tǒng)與預警系統(tǒng)。

1.3橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)通常有如下目標：

令全面獲取橋梁運營狀況的信息，用來評估結構的安全性、耐久性和使用性;

令對設計假定和設計荷載進行驗證，為完善設計規(guī)范提供依據；

令為橋梁養(yǎng)護、維修和管理的決策提供依據。

令能夠自動實時監(jiān)測環(huán)境條件和橋梁結構的物理及幾何狀態(tài)，如荷載和關鍵

構件的物理特性等，向管理部門傳送監(jiān)測結果的數據和圖表，提供定期的

在線評估報告；

令能夠跟蹤監(jiān)測結構狀態(tài)并對橋梁結構的異常反應做出緊急警報；

令基于實際監(jiān)測數據評估結構的靜力和動力安全性、耐久性和使用性，并對

結構異常進行識別，為大橋的維護管理決策提供依據。

1.4建立橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的和意義

傳統(tǒng)上，對橋梁結構的評估通過人工目測檢查或借助于便攜式儀器測量得

到的信息進行。人工橋梁檢查分為經常檢查、定期檢查和特殊檢查。但是人工

橋梁檢查方法在實際應用中有很大的局限性。傳統(tǒng)檢測方式的不足之處主要表

現(xiàn)在：

令需要大量人力、物力并有諸多檢查盲點；

令主觀性強，難于量化：經過半個多世紀的發(fā)展，雖然橋梁的分析設計與施

工技術己日趨完善，但對某些響應現(xiàn)象，尤其是損傷的發(fā)展過程，尚處于

經驗積累中，因此定量化的描述是很重要的；

令缺少整體性：人工檢查以單一構件為對象，只能提供局部的檢測和診斷信

息，而不能提供整體全面的結構健康檢測和評估信息；

令影響正常交通運行：傳統(tǒng)的人工檢測需要中斷交通或者封閉部分車道從而

影響橋上車輛的行駛；

令周期長，時效性差，在突發(fā)事件時不能向決策者和公眾提供即時信息。

與傳統(tǒng)的橋梁檢測方法不同，橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)重在診斷可能發(fā)生結

構損傷或災難的條件和環(huán)境因素，評估結構性能退化的征兆和趨勢，以便及時

采取養(yǎng)護維修措施。而傳統(tǒng)的檢測方法重在損傷發(fā)生后檢查損傷的存在并采取

維修加固的手段，因此，橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的概念具有革命性的變革。隨

著傳感技術的革新和自動遠程監(jiān)控技術的更新?lián)Q代，橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)正

向簡單易裝、經濟可行、持久可靠的方向發(fā)展，并己開始成為許多橋梁建設工

程的一部分。可見，對于橋梁成橋階段實際結構在各種不利環(huán)境和運營條件下

的工作狀態(tài)和行為，有必要通過建立結構健康監(jiān)測系統(tǒng)、獲取實際結構和橋址

環(huán)境的各種信息來分析和把握。

第2章系統(tǒng)設計原則與目標

橋梁健康監(jiān)測與安全評價系統(tǒng)的設計應遵循以下原則:

令系統(tǒng)設計應根據結構健康與安全評價的要求、系統(tǒng)的建設規(guī)模和造價、結

構特點、地理氣候環(huán)境，建立一個功能齊備、性能完善、經濟合理的系統(tǒng)

,以確保系統(tǒng)能真正為橋梁的管理、養(yǎng)護提供依據；

力系統(tǒng)應采用目前世界上最成熟的技術和產品，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定

性；

令系統(tǒng)應采用高精度、高耐久性的產品，以確保系統(tǒng)的精確性和耐久性；

令系統(tǒng)應采用模塊化設計，并對整體設計進行優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的可替換性

和經濟性；

。系統(tǒng)設計應具有開放性，以確保系統(tǒng)良好的升級換代能力和遠程數據共享

及監(jiān)控功能；

令系統(tǒng)的傳感器數量和設備能力等應具有適度冗余，以確保系統(tǒng)的可靠性，

和滿足系統(tǒng)未來改進、擴展和完善的需求；

令系統(tǒng)采用實時監(jiān)測和人工檢測結合的辦法，綜合兩個方面的結果對結構的

狀態(tài)進行綜合評估；

。系統(tǒng)監(jiān)測和采集的數據量大，系統(tǒng)應提供強大的前處理、后處理功能以便

有效地處理、分析和管理這些數據。

第3章設計依據、標準

3.1設計依據

令華陽特大橋是華陽路南延（含華陽橋）道路工程第四標段設計施工圖；

3.2技術標準

令中華人民共和國交通部標準

。中華人民共和國郵電部標準

令中華人民共和國公安部消防安全條例

令國際電信聯(lián)盟標準

令國際電工技術委員會標準

令美國材料與試驗協(xié)會標準

令美國各州公路與運輸協(xié)會標準

令日本國家標準

令英國國家標準

3.3設計規(guī)范

。《公路工程技術標準》(JTGB01-2003)

令《公路路線設計規(guī)范》OTGD20-2006)

令《公路勘測細則》QTG/TC10-2007)

令《公路工程水文勘測設計規(guī)范》(JTGC30-2002)

令《公路工程地質勘察規(guī)范》(JTJ064-98)

令《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)

令《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)

令《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JTGD63-2007)

令《公路橋梁抗震設計細則》JTG/TB02-01-2008

令《公路橋梁抗風設計規(guī)范》QTG/TD60-01-2004)

令《公路橋涵施工技術規(guī)范》(JTJ041-—2000)

令《公路工程質量檢驗評定標準》(JTGF80/1-2004)

今《內河通航標準》(GBJ50139-2004)

令《計算機軟件開發(fā)規(guī)范》(GB/8566)

令《軟件工程術語》(GBfT11457)

令《計算機軟件產品開發(fā)編制指南》(GB/8567)

令《計算機軟件配置管理計劃規(guī)范》(GB/T12505)

令《中國工程建設標準化協(xié)會》(CECS)

令《國際數據庫規(guī)范》(IS09001ANSISQL)

參考規(guī)范及資料：

令BS5400《鋼橋、混凝土橋及結合橋》(英國)

令AASHTO《美國公路橋梁設計規(guī)范》1994(美國)

第4章監(jiān)測內容及系統(tǒng)構成

4.1橋梁健康監(jiān)測內容

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內容的確定首先考慮橋梁結構形式的特點，針對不

同橋型選取不同側重點的監(jiān)測內容。另外，從運營期養(yǎng)護維修的角度出發(fā)，考

慮提供詳細必要的數據給養(yǎng)護管理系統(tǒng)，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施采用決策提供

科學依據，確保結構安全運營，真正做到預防性養(yǎng)護。確定監(jiān)測內容還需根據

監(jiān)測系統(tǒng)的自身要求來選擇適合的監(jiān)測項目，主要考慮到測試手段的可行性、

分析方法的可靠性等因素。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內容在考慮結構形式的基

礎上，主要考慮以下三方面的因素而定：環(huán)境方面；養(yǎng)護管理方面；橋梁易發(fā)

事故或者病害方面。

監(jiān)測部位的確定，需建立在詳細的結構分析結果基礎上才能保證其合理性。

由于本方案為初步設計，故此處仍為根據經驗確定的結構關鍵監(jiān)測部位。橋梁

的主要監(jiān)測部位及監(jiān)測內容如下表所示：

序監(jiān)測方

監(jiān)測內容監(jiān)測部位監(jiān)測儀器監(jiān)測目的

號式

1雨量跨中橋面實時雨量計氣象

跨中橋面、箱梁

2空氣溫度實時空氣溫度計環(huán)境溫度

內部

跨中橋面、箱梁

3濕度實時空氣濕度計環(huán)境濕度

內部

4結構溫度跨中斷面實時結構溫度計溫度場分布

邊跨跨中、中跨加速度傳感

5結構振動實時結構動力特性

跨中器

跨中、支座斷面關鍵截面應變、

6結構應變實時應變計

箱梁彎矩

結構長期應振弦式應變結構長期應變、

7跨中斷面實時

變計內力

8橋梁靜撓度L/8斷面實時靜力水準儀橋梁變形

9橋墩沉降墩頂斷面實時靜力水準儀橋墩差異沉降

10支座位移橋梁支座實時位移計支座變形

11伸縮縫位移伸縮縫實時位移計伸縮縫變形

橋墩縱向位

12中跨橋墩實時激光測距儀橋墩相對位移

移

振動式索力

13索力跨中斷面實時體外索索力

計

4.2監(jiān)測系統(tǒng)構成

橋梁健康監(jiān)測與安全評價系統(tǒng)包括數據測量系統(tǒng)和數據管理與分析兩大子

系統(tǒng)。其中，數據測量系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)和數據采集與傳輸子系統(tǒng)有機地組

成；數據管理與分析系統(tǒng)包括數據處理和管理子系統(tǒng)和結構狀態(tài)評估子系統(tǒng)。

傳感器系統(tǒng)將采集各類信號并傳輸到附近的工作站；工作站根據需要對各

類信號進行解調和預處理，并通過傳輸系統(tǒng)將傳感器的信號送到數據處理和管

理系統(tǒng)；數據處理和管理系統(tǒng)對數據進行二次預處理（數據的時域、頻域和幅

值域顯示，頻度計數等）、結果顯示、存檔和數據入庫等；結構狀態(tài)評估系統(tǒng)

對監(jiān)測數據進行在線評估（如預警、初步評估等）及離線評估（如模態(tài)分析、

數據融合、信息提取和挖掘、損傷識別、結構的安全性和耐久性評估）。本系

統(tǒng)具有如下特點：

今具有長期、實時、同步、連續(xù)地進行數據采集的能力；

令具有強大的數據傳輸、處理、顯示、存檔和遠程共享能力；

令具有自檢、校準、控制功能；

令具有正常狀態(tài)評估和突發(fā)事件況評估的能力；

令具有良好的可更換性和升級能力。

傳感器子系統(tǒng)：

令采用穩(wěn)定性和耐久性較好的傳感器能夠保證對結構溫度、加速度、結構動

應變、結構長期靜應變、橋梁撓度、墩頂沉降、支座位移、伸縮縫位移、

索力等量的監(jiān)測；

令雨量、空氣溫度、空氣濕度等環(huán)境因素的監(jiān)測；

令車輛荷載的監(jiān)測；

令結構溫度場分布特點的監(jiān)測；

令各種傳感器的耐久性與可更換性研究。

數據采集和傳輸子系統(tǒng)：

令數據采集和傳輸系統(tǒng)總體設計；

令各類信號采集、處理方法研究；

令數據采集的控制、同步和集成化研究；

令系統(tǒng)可靠性措施研究；

＜基于無線網絡和因特網的分布式橋梁監(jiān)控系統(tǒng)研究。

數據處理及管理子系統(tǒng)

令數據處理及控制系統(tǒng)總體設計；

令數據管理、顯示和控制方法研究。

結構狀態(tài)評估子系統(tǒng)

令反映結構狀態(tài)的特征參數確定及其提取方法研究；

令狀態(tài)參數指標的閡值與預警機制研究；

令結構健康評估（安全評價）系統(tǒng)總體設計；

令損傷指標、性能指標體系的建立，損傷指標、性能指標與橋梁結構健康狀

態(tài)之間的關系研究；

今健康監(jiān)測數值分析模型的建立與修正；

令在線監(jiān)測報告生成子系統(tǒng)的開發(fā)；

令利用評估系統(tǒng)對大橋的日常維護和運營管理提供依據和指導性建議的研究。

4.3監(jiān)測系統(tǒng)的拓撲結構

經過方案比選，我方選擇數字微波的方式進行傳輸，整個監(jiān)測網絡的拓撲

結構圖如圖1所示。

第5章傳感器子系統(tǒng)

5.1傳感器子系統(tǒng)的設計原則

令對結構構件進行重要性、危險性和易損性評級，將該評級結果作為傳感器

布置的參考指標；

令對特殊、重要部位進行重點監(jiān)測，以分析、計算、評估重要構件的工作狀

態(tài)，并預測其它構件的內力分布和變化；

令根據結構整體損傷檢測與局部損傷檢測的要求，一些傳感器用于整體損傷

檢測，另一些用于局部損傷診斷；

令利用盡可能少的傳感器獲取結構狀態(tài)評估所需要的全面、精確的結構參數

信息；

e對于結構中的易損和多病害構件的狀況進行監(jiān)測和評估。

5.2傳感器的類型、布設及技術要求

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)采用的傳感器類型包括：雨量傳感器、空氣溫度傳感器

、濕度傳感器、結構溫度傳感器、加速度傳感器、應變計、振弦式應變計、振

動索力計、靜力水準儀、位移傳感器。以下傳感器布置為單幅橋布置數量，另

一幅橋梁中除雨量傳感器、空氣溫度傳感、濕度傳感器布設數量不同外，其余

均相同。

5.2.1雨量傳感器

雨量傳感器主要是通過對雨量的監(jiān)測來達到對拉索發(fā)生風雨振時的環(huán)境條

件進行定量的描述，以便能夠結合其他環(huán)境因素的監(jiān)測量對拉索發(fā)生風雨振的

規(guī)律和機理進行分析。

雨量傳感器要求有良好的耐久性和測量精度，能夠對環(huán)境下雨狀況有非常

精確的測量，初步擬定在下述位置安裝傳感器。

設置部位采集方法數量

跨中斷面實時監(jiān)測1

合計1

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍0-4mm/min

分辨率0.1mm

誤差±0.2mm

環(huán)境溫度-0℃to+50℃

相對濕度0-95%

5.2.2空氣溫度計

大氣溫度變化是橋梁的重要荷載源之一，會引起結構變形和橋梁撓度的改

變，應進行監(jiān)測，采用空氣溫度計對大氣溫度進行監(jiān)測。

擬在橋面跨中部位、箱梁內分別布設空氣溫度傳感器，其具體布設如下表

所示。

設置部位采集方法數量

梁部中跨跨中及邊跨跨中箱梁實時監(jiān)測3

橋面中跨跨中實時監(jiān)測1

合計4

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍-50℃~+50℃（空氣溫度）

精度±2%

工作電壓SV

輸出信號電流信號：4?20mA

使用壽命N10年

5.2.3空氣濕度計

大氣相對濕度變化是影響橋梁結構狀態(tài)特性的環(huán)境影響因素之一，對其進

行相應的監(jiān)測對于準確地評估橋梁結構的狀態(tài)特性是非常必要的。

擬在橋面跨中部位布設空氣濕度傳感器，其具體布設如下表所示。

設置部位采集方法數量

橋面中跨跨中實時監(jiān)測1

合計1

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍l~100%RH（相對濕度）

精度±2%

工作電壓SV

輸出信號電流信號：4?20mA

工作溫度-400C-800℃

使用壽命N10年

5.2.4結構溫度傳感器

結構溫度變化是橋梁的重要荷載源之一，結構溫度監(jiān)測能了解橋梁主要構

件的溫度及溫度梯度情況，為分析結構的應力和疲勞提供依據，并用于結構狀

態(tài)參數的相關分析。

結構溫度傳感器應具有良好的測量精度和耐久性，對結構溫度的監(jiān)測應是

連續(xù)監(jiān)測。其主要布設位置和數量分別如下：

設置部位采集方法數量

中跨跨中斷面實時監(jiān)測10

邊跨跨中斷面實時監(jiān)測20

合計30

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍-30℃?+80℃

分辨率0.01℃

精度±0.5℃

使用壽命與5年

5.2.5加速度傳感器

通過實時監(jiān)測主梁等在交通、環(huán)境荷載等作用下的加速度響應，以評估結

構的整體動力特性，為評價結構的結構健康與安全狀況。依據相應的結構分析

的結果，擬在以下位置安裝結構加速度傳感器。

設置部位采集方法數量

中跨跨中豎向實時監(jiān)測2

中跨跨中橫向實時監(jiān)測2

邊跨跨中豎向實時監(jiān)測4

邊跨跨中橫向實時監(jiān)測4

合計12

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍士2g

靈敏度±5V/g

頻率響應范圍DC-120Hz

動態(tài)范圍>120dB

線性度<1%

零位漂移<500X10-6g/℃

噪聲<10-6g

環(huán)境溫度-25℃to+65℃

相對濕度0-90%

使用壽命N10年

5.2.6應變計

通過實時監(jiān)測在交通荷載、環(huán)境荷載作用下橋梁重要混凝土構件和鋼構件

的應變、應力情況，為評價結構工作狀態(tài)提供相應的依據。初步擬對以下部件

位置進行應力監(jiān)測。

設置部位采集方法數量

中跨跨中實時監(jiān)測12

邊跨跨中實時監(jiān)測24

合計36

技術要求如下表：

項目技術參數

硬件構造表面焊接式應變計，溫度自補償功能

測量范圍>3000

分辨率1

精度±0.1%滿量程

線圈阻抗120或240。

激勵電壓2-10V

疲勞壽命在±2400時1()6循環(huán)

溫度：-10C?60℃

工作環(huán)境

相對濕度：98%

5.2.7振弦式應變計

通過實時監(jiān)測在交通荷載、環(huán)境荷載作用下橋梁構件的靜態(tài)應變、應力情

況，為評價結構工作狀態(tài)提供相應的依據。初步擬對以下部件位置進行應力監(jiān)

測。

設置部位采集方法數量

中跨跨中實時監(jiān)測12

邊跨跨中實時監(jiān)測24

邊跨、中跨1/4跨位置實時監(jiān)測24

合計60

技術要求如下表：

項目技術參數

硬件構造表面焊接式應變計，溫度自補償功能

測量范圍>3000

分辨率1

精度±0.1%滿量程

線圈阻抗100或150Q

振弦熱系數1lppm/℃

絕緣電阻5x10%

激勵電壓2-15V

疲勞壽命在士2400時1()6循環(huán)

溫度：-10C?60℃

工作環(huán)境

相對濕度：98%

5.2.8靜力水準儀

通過布設靜力水準儀對橋墩的差異沉降進行觀測，基于此對結構的受力狀

態(tài)做進一步的評估，其主要的監(jiān)測部位如下表所示。

設置部位采集方法數量

橋梁墩臺實時監(jiān)測4

中跨、邊跨、跨中實時監(jiān)測3

邊跨、中跨1/4跨位置實時監(jiān)測6

中跨1/8跨位置實時監(jiān)測4

合計17

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍50mm

分辨率0.01mm

長期零飄<0.5%F.S./年

溫度系數<0.05%F.S./℃

環(huán)境溫度-25℃to+65℃

5.2.9位移傳感器

支座是橋梁結構的最重要構件之一，而支座位移則是直觀評價支座以及大

橋狀態(tài)的重要參數，是必須監(jiān)測的內容，本系統(tǒng)采用直線位移傳感器連續(xù)監(jiān)測

大橋的支座位移。

設置部位采集方法數量

支座實時監(jiān)測4

伸縮縫實時監(jiān)測4

合計8

技術要求如下表：

項目技術要求

量程250mm

精度±0.1%OF.S.

溫度補償形式自補償

使用溫度-30℃~85℃

5.2.10激光測距儀

橋墩相對位移是橋梁健康監(jiān)測的重要內容，通過激光測距儀可以精確的測

出橋墩相對位移，達到監(jiān)測目的。激光測距儀主要由激光調制及發(fā)射模塊、回

波接收模塊、接收及鑒相系統(tǒng)等組成。發(fā)射器發(fā)出經過調制的激光，經被測物

反射后返回，返回光與測量光相比產生了相移△

①，通過測量此相移，間接測出激光在測量點與目標間的往返時間，然后根據

光速，求出待測距離D=(cxa①)/4兀f。這種方法測量精度高，通常在毫米量級。

設置部位采集方法數量

13#墩實時監(jiān)測1

合計1

技術要求如下表：

項目技術要求

激光輸出功率<1mW

測量范圍10cm-200m

測量精度+2mm

典型測量時間<ls

最大測量時間4s

5.2.11振動索力計

華陽特大橋主橋中跨段有體外索的存在，而索力是評價體外索狀態(tài)的重要

參數。系統(tǒng)采用加速度傳感器連續(xù)監(jiān)測，通過加速度傳感器使用振動法測量索

力能夠較準確地測量出體外索索力，從而達到實時掌握索力情況，為評估橋梁

的工作狀況提供依據。其主要設置部位如下表

設置部位采集方法數量

跨中體外索實時監(jiān)測4

合計4

技術要求如下表：

項目技術要求

測量范圍士2g

靈敏度±1.25V/g

頻率響應范圍DC-120Hz

動態(tài)范圍>120dB

線性度<1%

零位漂移<500x10-6g/℃

噪聲<10-6g

環(huán)境溫度-25℃to+65℃

相對濕度0-90%

使用壽命N10年

5.2.12橋傳感器匯總

數量

編號名稱單位

單幅橋另一幅

1雨量傳感器個1

2空氣溫度傳感器個43

3空氣濕度傳感器個1

4結構溫度傳感器個3030

5加速度傳感器個1212

6應變傳感器個3636

7振弦式應變計個6060

8靜力水準儀個1717

9位移傳感器個88

10激光測距儀套11

11振動索力計個44

總計個345

5.2.13傳感器布設位置

該橋左右近乎對稱，所以除了橋面的雨量計、空氣濕度、溫度計只在西幅

橋跨中布置外，兩幅橋傳感器采取對稱布置。對重要截面從北至南依次定義為1

至7號截面。其中截面1與截面7,截面2與截面6,截面3與截面5傳感器布置相同

o另外邊跨和中跨的1/4跨截面和中跨的1/8跨截面也布設傳感器。所有1/4跨截

面?zhèn)鞲衅鞑荚O相同，所有1/8跨截面?zhèn)鞲衅鞑荚O也相同。所以此處只描述單幅橋

的1、2、3、4截面，典型的1/4跨和1/8跨截面的傳感器布置，其他截面不再贅述

。傳感器布設示意圖如下：

33[

截面】截面2截面4截面3截面6截面7

而“X做幡

不無■通情2

N力水重權R力■僮★二更*冬奧m

位支座位眇H(5$計

R力，anlit

TMfIBftSSESit

llgtSgii

~~Mit

WggStt

8向施電11任福3

博妙拿力計

圖2華陽特大橋傳感器布設示意圖

截面1

圖3截面1傳感器布設示意圖

截面2

截面2

CS007XVS007X

圖4截面2水準儀、溫度傳感器、縱向應變傳感器布置圖

截面2

截面2

圖5截面2結構溫度、豎向應變、橫向應變傳感器布置圖

截面2

圖6截面2加速度傳感器布置圖

截面3

圖7截面3傳感器布置圖

截面4

圖8截面4水準儀、溫度、濕度、縱向應變傳感器布置圖

截面4

截面4

圖9截面4結構溫度、加速度傳感器布置圖

截面4

圖10截面4加速度傳感器、振動索力計布置圖

中跨、邊跨1/4截面

中跨、邊跨1/4截面

VS037X

▲VS039X▲

▲沙內提弦式二交計VSVS038X

j

VS040X

圖12中跨、邊跨1/4跨位置傳感器布置

中跨1/8截面

圖13中跨1/8跨截面?zhèn)鞲衅鞑贾?/p>

13匚14二

圖14中跨橋墩激光測距儀布置圖

5.3傳感器測點保護

為了防止環(huán)境和人為對傳感器的不良影響，對每個傳感器都采用了不銹鋼

保護盒進行保護，同時為了增加施工、維護的可操作性和靈活性，采用可拆卸

的底座螺釘固定保護盒的方式安裝，安裝示意如下圖11所示。

鋼箱梁（碎箱梁）表面

保力余安

煌再<小肥城聆）

賓底座

保護余安袋族唾

俯覘圖

圖11保護盒安裝