《大跨橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)預警閾值設置標準》

CECS***：2018

中國工程建設協(xié)會標準

大跨橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)預警閾值設置標準

EarlyWarningThresholdStandardforStructuralHealthMonitoring

SystemofLong-SpanBridge

（征求意見稿-2017.9.18）

******出版社

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1總則

1.01為規(guī)范大跨橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)預警閾值的設置，做到安全可靠、經(jīng)濟合理、方便可行、技術先

進，制定本標準。

1.02本標準適用于主跨跨徑不小于150m梁橋、200m拱橋、300m斜拉橋、500m懸索橋等橋梁結構健康

監(jiān)測系統(tǒng)預警閾值的設置，對于其它橋梁也可參照使用。

1.03大跨橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)預警閾值具有時效性，應結合橋梁的型式特點、服役狀況和管養(yǎng)要求，

定期對其進行檢驗、補充、修正和優(yōu)化，使其更加合理。

1.04大跨橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)預警閾值的設置，除應執(zhí)行本標準外，尚應符合國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)

定。

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2術語和符號

2.1術語

2.1.1結構健康監(jiān)測structuralhealthmonitoring

利用現(xiàn)場的、無損的、實時的方式采集結構與環(huán)境信息，分析結構反應的各種特征，獲取結構因環(huán)境

因素、損傷或退化而造成的改變。

2.1.2結構安全預警structuralsafetyearlywarning

結構荷載作用、響應或評估指標超過預定閾值時，結構健康監(jiān)測系統(tǒng)按預定方式自動發(fā)出的警告。

2.1.3預警閾值earlywarningthreshold

表征結構風險指標的界限。

2.1.4橋梁構件預警bridgecomponentearlywarning

橋梁結構主要受力構件的反應或性能超過預定閾值時，結構健康監(jiān)測系統(tǒng)按預定方式自動發(fā)出的警

告。

2.1.5橋梁整體預警wholebridgeearlywarning

根據(jù)橋梁結構主要受力構件的反應，采用合理的方法計算結構整體的安全指標，當該指標超過預定閾

值時，結構健康監(jiān)測系統(tǒng)按預定方式自動發(fā)出的警告。

2.1.6E1地震作用earthquakeactionEl

工程場地重現(xiàn)期較短的地震作用，對應于第一級設防水準。

2.1.7E2地震作用earthquakeactionE2

工程場地重現(xiàn)期較長的地震作用，對應于第二級設防水準。

與分別為橋梁傾斜在順橋向與橫橋向的實時監(jiān)測值

2.2符號

符號定義位置（節(jié)）

4.1.1

Vd重現(xiàn)期為100年的主梁設計基準風速

4.2.2

PF車船撞擊預警指標

i第i個加速度或應變傳感器1d時程數(shù)據(jù)平均值4.2.2

i第i個加速度或應變傳感器5min時程數(shù)據(jù)平均值4.2.2

n加速度或應變傳感器總數(shù)4.2.2

R橋墩的極限側向抗力4.2.2

P船舶撞擊力4.2.2

QX

順橋塔順橋向實測傾斜值5.1.1

QX橫橋塔橫橋向實測傾斜值5.1.1

0

QX順橋塔順橋向傾斜實測年平均值5.1.1

0

QX橫橋塔橫橋向傾斜實測年平均值5.1.1

差異度5.1.1

曲線相似度5.1.1

Tmax設計索力最大值5.2.2

Tm慢變索力5.2.2

Th標準溫度下的恒載索力5.2.2

*

Th標準溫度下的設計恒載索力5.2.2

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RAcc每分鐘加速度均方根5.2.3

uR統(tǒng)計周期內(nèi)每分鐘加速度均方根的均值5.2.3

R統(tǒng)計周期內(nèi)加速度均方根的標準差5.2.3

*

RAcc扣除風致振動后的每分鐘加速度均方根5.2.3

*

uR統(tǒng)計周期內(nèi)扣除風致振動的每分鐘加速度均方根的均值5.2.3

*

R統(tǒng)計周期內(nèi)扣除風致振動的加速度均方根的標準差5.2.3

D伸縮裝置允許伸縮量5.4.1

D伸縮裝置允許累積位移行程5.4.1

D

max按照橋梁結構荷載設計值計算得出的伸縮縫最大伸縮量5.4.1

Du伸縮縫IV級預警的上限閾值5.4.1

Dl伸縮縫IV級預警的下限閾值5.4.1

F支座反力5.5

Fmax支座反力設計最大值5.5

d隔震支座的水平剪切變形或豎向壓縮變形5.5

dmax隔震支座的水平剪切變形或豎向壓縮變形的抗震設計最大值5.5

Pd

RMS1年周期內(nèi)橋墩每小時位移有效值5.6

u

Pd1年周期內(nèi)橋墩每小時位移有效值的均值5.6

Pd1年周期內(nèi)橋墩每小時位移有效值的方差5.6

L懸索橋主跨跨徑5.7

T巖錨錨桿的極限承載力5.7

相鄰墩臺間的最大允許不均勻沉降值5.8

W橋梁整體預警總分值6.0

影響線加載校驗系數(shù)6.0

影響線峰值檢驗系數(shù)6.0

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3安全預警基本體系

3.1功能構成

3.1.1預警系統(tǒng)應具備下列功能：

1發(fā)布、調(diào)整和解除預警信息。

2實時、自動和明顯的預警方式。

3多指標和多層次的預警體系。

3.2指標選定

3.2.1預警指標的選訂應符合下列原則：

1根據(jù)橋梁荷載作用、關鍵構件和整體結構的特點，分類選定。

2具有相對的穩(wěn)定性、廣泛的適用性和較強的可操作性。

3當不同指標間相互沖突時，應以反映橋梁最不利狀況的指標為準。

3.3閾值設置

3.3.1預警閾值的設置應符合以下原則：

1應以定量的方式給出，并定期對其進行檢驗、補充、修正和優(yōu)化。

2可根據(jù)設計容許值、理論計算值、數(shù)值分析值、監(jiān)測數(shù)據(jù)值、成熟經(jīng)驗設置。

3應合理反映指標的不同程度，宜包括四個級別，可按表3.1.1確定。

表3.1.1閾值劃分標準

預警級別級別描述顏色標識

I特別嚴重紅色RGB（255，0，0）

II嚴重橙色RGB（255，125，0）

III較重黃色RGB（255，255，0）

IV一般藍色RGB（0，0，255）

3.4預警方式

3.4.1預警信息應由專門的發(fā)布機構或被授權機構，根據(jù)橋梁安全隱患的發(fā)展態(tài)勢和應急處置進展，

向相關部門及時發(fā)布、調(diào)整或解除預警信息。

3.4.2預警方式應明顯，宜多樣化，可包括指示燈、聲音、網(wǎng)絡、可變情報板、路側廣播等。

3.4.3預警信息應形成日志，包括始末時間、警示事項、預警級別、預警頻率等。

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4橋梁荷載作用閾值

4.1環(huán)境荷載作用

4.1.1風荷載

考慮車輛行駛安全的風速預警閾值，宜按表4.1.1確定。

表4.1.1風速預警閾值

預警級別預警閾值

I0.84Vd和32.6m/s中較小值，但不小于25.0m/s

II25.0m/s

III20.8m/s

IV17.2m/s

注：1表中風速為10min平均風速，并以橋面高度處風速儀設備采集數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)；

2當采用氣象站或橋塔等其他位置處風速儀的風速值作為預警值時，應將此表數(shù)據(jù)按照《公路橋梁抗風設計規(guī)范》

3.2.5條進行高度修；

3Vd為重現(xiàn)期為100年的主梁設計基準風速。

4.1.2地震作用

1地震動參數(shù)指標可選用橋址區(qū)地震動水平向加速度。

2大跨橋梁地震動水平向加速度預警閾值，宜按表4.1.2確定。

表4.1.2地震動水平向加速度預警閾值

預警級別預警閾值

IE2設計地震動加速度峰值

IIE1設計地震動加速度峰值的1.35倍

IIIE1設計地震動加速度峰值

IV0.4m/s2

注：橋梁E1、E2地震加速度設計值應根據(jù)各橋“地震安全性評價報告”相關條款或《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T

B02-01-2008)3.1.4-3.2.2條確定，可分別取50年超越概率為10%與2%的加速度峰值。

4.1.3溫度作用

考慮低溫導致路面結冰影響行車安全，大跨橋梁路面溫度預警閾值宜按表4.1.3確定。

表4.1.3橋面溫度預警閾值（oC）

預警級別預警閾值

I-5

II-3

IV0

4.1.4濕度作用

1鋼箱梁、主纜、錨錠散索室內(nèi)相對濕度預警閾值，宜按表4.1.4-1確定。

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表4.1.4-1鋼箱梁、主纜、錨錠散索室內(nèi)相對濕度預警閾值（%）

預警級別預警閾值

I70

II60

III50

IV40

2混凝土箱梁內(nèi)部相對濕度預警閾值，宜按表4.1.4-2確定。

表4.1.4-2混凝土箱梁內(nèi)部相對濕度預警閾值（%）

預警級別預警閾值

I50

II40

IV25

4.2人為影響因素

4.2.1車輛荷載

車輛荷載的監(jiān)測主要針對單個車輛的軸重和總重，宜選用動態(tài)稱重系統(tǒng)進行監(jiān)測，預警閾值宜按表

4.2.1確定。

表4.2.1車輛荷載預警閾值

預警級別預警閾值

I車輛總重/軸重>2倍設計車輛荷載

II車輛總重/軸重與設計車輛荷載之比介于1.5~2.0之間

III車輛總重/軸重與設計車輛荷載之比介于1.0~1.5之間

IV車輛總重/軸重超出《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》中規(guī)定的限值

4.2.2車船撞擊

車船撞擊橋墩或塔柱等下部結構造成的影響，可依據(jù)異常峰值法或承載能力評定方法計算，宜按表

4.2.2確定警閾值。

1異常峰值法：

n

1i

PF(4.2.2-1)

ni1i

2承載能力評定方法：

R

P(4.2.2-2)

FP

表4.2.2車船碰撞預警閾值

預警級別預警閾值

I001P.F

II01.PF05.

III05.PF07.

IV0.7PF1.0

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4.2.3火災作用

根據(jù)火災發(fā)生位置，預警閾值宜按表4.2.3確定。

表4.2.3火災預警閾值

預警級別預警閾值

I橋梁下部結構主支撐附近發(fā)生火災

II橋面主支撐（索）附近發(fā)生火災

III橋面遠離主支撐（索）的其他位置發(fā)生火災

IV橋梁下部結構遠離主支撐的其他位置發(fā)生火災

4.2.4爆炸荷載

爆炸荷載為極端荷載，預警閾值應按表4.2.4確定。

表4.2.4爆炸荷載預警閾值

預警級別預警閾值

I橋面或下部結構發(fā)生恐怖爆炸或意外爆炸

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5橋梁構件預警閾值

5.1橋塔

5.1.1對于混凝土橋塔或鋼橋塔，宜將傾斜作為監(jiān)測指標，預警閾值宜按5.1.1確定。

表5.1.1橋塔傾斜預警閾值

預警級別預警閾值

0022

QX順順QXQX橫橫QX

I

221

abQXQX

0.3

II

0.75

0.2

III

0.9

IV傾斜值超出正常監(jiān)測數(shù)據(jù)95%的置信區(qū)間

5.2纜索

5.2.1纜索包括斜拉橋斜拉索、拱橋吊索、懸索橋主纜、懸索橋吊索，監(jiān)測指標應采用索力或振動加速度。

5.2.2索力預警

1長度200m及以上擠壓成型式斜拉索、拱橋吊索、懸索橋吊索，索力監(jiān)測數(shù)據(jù)可采用磁彈索力儀或

振動頻率法獲得索力；長度200m以下擠壓成型式斜拉索、拱橋吊索、懸索橋吊索，懸索橋主纜，以及現(xiàn)

場組裝式平行鋼絞線纜索，應采用磁彈索力儀獲得的索力。

2索力預警應分為：絕對索力預警、索力變化異常預警。

3絕對索力預警，以避免斷索等事故發(fā)生為目的：應以1h間采樣間隔的采樣數(shù)據(jù)為樣本，將絕對索

力T與索力設計最大值Tmax進行比較，宜按表5.2.2-1確定預警閾值。

表5.2.2-1絕對索力預警閾值

預警級別預警閾值

ITT/10.4max

IITT/10.3max

IIITT/10.2max

IVTT/10.1max

4索力異常變化預警，以對拉索或主梁等構件損傷或超載等事件警示為目的：（1）應以每小時采樣

間隔的數(shù)據(jù)T為樣本，濾除周期2h以下的動態(tài)信號，獲得慢變索力Tm。（2）建立慢變索力Tm與溫度的相

o

關關系，從慢變索力中扣除溫度相關索力，獲得標準溫度（如25C）下的恒載索力Th。（3）對標準溫度

*

下的恒載索力Th與相應的標準溫度下設計恒載索力Th進行比較，宜按表5.2.2-2確定預警閾值。

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表5.2.2-2索力變化異常預警閾值

預警級別預警閾值

*

ITThh/10.4

*

IITThh/10.3

*

IIITThh/10.2

*

IVTThh/10.1

5.2.3振動加速度預警

1實測加速度截止頻率下限應小于0.5倍拉索最小振動頻率，上限應不大于0.5倍采樣頻率。采樣頻

率應為50Hz以上，可采用觸發(fā)采樣以減少數(shù)據(jù)量。

2振動加速度預警應分為：過大加速度預警、扣除風致振動后加速度變化過大預警。

3過大振動加速度預警，以避免過大振動引起結構破壞等事故發(fā)生為目的：應以1年為周期，以每

分鐘加速度均方根RAcc為參量，統(tǒng)計其均值uR和標準差R，宜按5.2.3-1確定預警閾值。

表5.2.3-1過大振動加速度預警閾值

預警級別預警閾值

IRuAccR/4.5R

IIRuAccR/4.0R

IIIRuAccR/3.5R

IVRuAccR/3.0R

4扣除風致振動后加速度變化過大預警，以對車船撞橋等事件警示為目的：應以1年為周期，建立

每分鐘拉索振動加速度均方根與每分鐘風速和風向均方根的相關函數(shù)，獲得扣除風致振動后的每分鐘加速

***

度均方根RAcc，統(tǒng)計其均值uR和標準差R，宜按表5.2.3-2確定預警閾值。

表5.2.3-2扣除風致振動后加速度變化過大預警閾值

預警級別預警閾值

***

IRuAccR/4.5R

***

IIRuAccR/4.0R

***

IIIRuAccR/3.5R

***

IVRuAccR/3.0R

5.3主梁

5.3.1主梁的自振頻率應作為通用指標設置預警閾值。此外，混凝土主梁還應以混凝土開裂程度作為預警指

標，鋼主梁應以疲勞損傷程度作為預警指標，組合結構主梁應以鋼和混凝土間的連接狀況作為預警指標。

5.3.2主梁自振頻率宜采用25oC時的頻率，不同溫度下的自振頻率宜根據(jù)主梁第一年監(jiān)測數(shù)據(jù)得到的自振

頻率與溫度的對應關系進行轉化，并與第一年25oC頻率對比，得到變化百分比，宜按表5.3.2確定預警閾值。

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表5.3.2主梁自振頻率變化百分比預警閾值

預警級別預警閾值

I25%

II15%

III10%

IV5%

5.3.3預應力混凝土主梁預警閾值確定如下：

1主梁控制截面出現(xiàn)主拉應力導致的斜裂縫，應按表5.3.3-1確定預警閾值。

2主梁出現(xiàn)橫橋向及豎向受力裂縫，宜按表5.3.3-2確定預警閾值。

3主梁出現(xiàn)沿預應力鋼筋方向的縱向裂縫，宜按表5.3.3-3確定預警閾值。

表5.3.3-1混凝土主梁斜裂縫預警閾值

預警級別預警閾值

I主梁控制截面出現(xiàn)主拉應力斜裂縫

表5.3.3-2混凝土主梁橫向及豎向受力裂縫預警閾值

預警閾值

預警級別

全預應力及A類構件B類構件

I開裂0.15mm

II0.1mm，0.15mm

III/0.05mm，0.1mm

IV0.05mm

表5.3.3-3混凝土主梁沿預應力鋼筋縱向裂縫預警閾值

預警級別預警閾值

I縱向裂縫寬度0.2mm

II縱向裂縫寬度0.2mm

III縱向裂縫寬度0.1mm，0.2mm

IV出現(xiàn)縱向裂縫，但寬度0.1mm

5.3.4鋼主梁承載能力利用率和疲勞損傷的預警閾值，宜按表5.3.4-1和5.3.4-2確定。

表5.3.4-1承載能力利用率的預警閾值

預警級別預警閾值

主要構件承載能力利用率30%

I

非主要構件承載能力利用率35%

主要構件承載能力利用率25%

II

非主要構件承載能力利用率30%

主要構件承載能力利用率20%

III

非主要構件承載能力利用率25%

主要構件承載能力利用率15%

IV

非主要構件承載能力利用率20%

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表5.3.4-2累積疲勞損傷量的預警閾值

預警級別預警閾值

I累積疲勞損傷量95%

II累積疲勞損傷量85%

III累積疲勞損傷量75%

IV累積疲勞損傷量65%

5.3.5對于各種使用鋼-混凝土組合主梁的橋型，宜在其主跨跨中截面或恒載+交通活荷載組合下的最大彎

矩截面，設置旨在考察其截面豎向、橫向整體工作性能的監(jiān)測項目。可以活載下豎彎中性軸高度偏移、橫

向彎曲中性軸偏移等為監(jiān)測指標。以設定的鋼梁底板正應力變化百分比或鋼梁肋板正應力變化百分比為目

標限制，反算得到上述監(jiān)測指標的預警閾值，宜按表5.3.5確定。

表5.3.5鋼-混凝土組合主梁整體性能預警閾值

預警閾值

預警級別

指標1注1依據(jù)1注2指標2注1依據(jù)2注2

I3%3%3%3%

II2,3%2,3%2,3%2,3%

III1,2%1,2%1,2%1,2%

IV1%1%1%1%

注：1指標1為豎彎中性軸高度相對偏移百分比，指標2為橫彎中性軸相對偏移百分比；

2指設置閾值時所依據(jù)的設置目標變量的關鍵取值，在該取值點時，結構性態(tài)呈現(xiàn)臨界狀態(tài)，或者結構設計參數(shù)

具有明確的控制值。可按線彈性設計原則，反算相應指標的閾值。

5.3.6對于各種使用鋼-混凝土組合主梁的橋型，宜在其主梁梁端截面，主跨跨中截面，或恒載+交通活荷

載組合下的最大彎矩截面，設置針對頂?shù)装蹇v向滑移的監(jiān)測項目?？梢曰炷另敯迮c下層鋼梁的結合面處

的縱向相對位移為監(jiān)測指標；以規(guī)范規(guī)定的最大滑移量為預警閾值；對于規(guī)范沒有明確給出最大滑移量限

值的，可通過設定底板鋼梁最大正應力削弱百分比目標，來反算得到該指標的預警閾值，宜按表5.3.6確

定。

表5.3.6鋼-混凝土組合主梁頂?shù)装蹇v向滑移預警閾值

預警級別預警閾值

I0.6mm

II0.4mm，0.6mm

III0.1mm，0.4mm

IV0.1mm

注：底板鋼梁最大正應力削弱百分比。

5.4伸縮縫

5.4.1對于模數(shù)式伸縮裝置和梳齒板式伸縮裝置的預警閾值，宜按表5.4.1確定。

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表5.4.1伸縮縫預警閾值

預警級別預警閾值

ID，D

IIDmax，0.65D

III0.95Dmax

IVDu，Dl

5.5支座

5.5.1普通支座應以支座反力為監(jiān)測指標，隔震支座監(jiān)測指標包括支座反力、支座水平剪切變形和豎向壓

縮變形。

5.5.2支座反力的預警閾值，應以支座反力F與支座反力設計最大值Fmax的比值計算，宜按表5.5.2確定。

表5.5.2支座反力預警閾值

預警級別預警閾值

IFF/10.4max

IIFF/10.3max

IIIFF/10.2max

IVFF/10.1max

5.5.3水平剪切變形和豎向壓縮變形的預警閾值，應以變形量d與橋梁抗震設計的支座水平剪切變形和豎

向壓縮變形最大值dmax的比值計算，宜按表5.5.3確定。

表5.5.3支座變形預警閾值

預警級別預警閾值

Idd/1.0max

IIdd/0.9max

IIIdd/0.8max

IVdd/0.7max

5.6橋墩

5.6.1橋墩宜以墩頂位移作為預警指標，應以1年為周期，以每小時橋墩位移有效值PdRMS為參量統(tǒng)計其

均值uPd和標準差Pd，宜按表5.6.1確定預警閾值。

表5.6.1橋墩位移預警閾值

預警級別預警閾值

IPdRMSuPd/Pd4.5

IIPdRMSuPd/Pd4.0

IIIPdRMSuPd/Pd3.5

IVPdRMSuPd/Pd3.0

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5.7錨碇

5.7.1重力式錨錠的三維位移預警閾值，宜按表5.7.1確定。

表5.7.1重力式錨錠三維位移預警閾值

預警閾值

預警級別

水平向位移豎直向位移

I0.0001L0.0002L

II0.00005L0.0001L

III正常監(jiān)測數(shù)據(jù)極大值正常監(jiān)測數(shù)據(jù)極大值

IV正常監(jiān)測數(shù)據(jù)95%的置信區(qū)間正常監(jiān)測數(shù)據(jù)95%的置信區(qū)間

注：L為懸索橋主跨跨徑，單位m。

5.7.2巖錨的錨桿體預警閾值，宜按表5.7.2確定。

表5.7.2巖錨錨桿體受力預警值

預警級別預警閾值

I0.9T

II0.7T

III正常監(jiān)測數(shù)據(jù)極大值

IV正常監(jiān)測數(shù)據(jù)95%的置信區(qū)間

注：T為錨桿的極限承載力。

5.7.3隧道式錨錠和巖錨振動預警閾值，宜按表5.7.3確定。

表5.7.3散索室三向振動速度預警閾值(m/s)

預警級別預警閾值

I0.015

II0.009

III正常監(jiān)測數(shù)據(jù)極大值

IV正常監(jiān)測數(shù)據(jù)95%的置信區(qū)間

5.8墩臺基礎

5.8.1墩臺基礎宜采用水平向加速度峰值和沉降值作為預警指標。

1水平向加速度峰值預警閾值，宜按表5.8.1-1確定。

表5.8.1-1墩臺基礎加速度預警閾值

預警級別預警閾值

IE2地震作用對應的水平地震加速度峰值

IIE1地震作用對應的水平地震加速度峰值的1.35倍

IIIE1地震作用對應的水平地震加速度峰值

IV0.4m/s2

注：橋梁E1、E2地震作用對應的水平地震加速度峰值應根據(jù)各橋“地震安全性評價報告”相關條款或《公路橋梁抗震

設計細則》確定，分別取50年超越概率為10%與2%的水平地震加速度峰值。

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2沉降值預警閾值，宜按表5.8.1-2確定。

表5.8.1-2墩臺不均勻沉降預警閾值

預警級別預警閾值

Iδ

II0.85δ

III0.70δ

IV0.55δ

注：δ為相鄰墩臺間的最大允許不均勻沉降值。橋梁墩臺間的允許最大不均勻沉降值宜取《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)

范》4.3.3條規(guī)定的最大不均勻沉降值和設計要求允許的最大墩臺沉降值之間的較小值。

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6橋梁整體預警閾值

6.0.1橋梁整體預警閾值與選用的狀態(tài)評估方法有關，應根據(jù)橋梁特點選擇適宜的評估方法。

6.0.2狀態(tài)評估方法可選用本標準附錄A中的方法，宜選擇層次分析法。

6.0.3選用本標準附錄A中的方法時，預警閾值宜按表6.0.3-1~6.0.3-5確定。

表6.0.3-1層次分析法預警閾值

預警級別橋梁工作狀態(tài)評分