《桥梁结构健康监测系统设计03版本》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥梁结构健康监测系统设计03版本（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、桥梁结构健康监测系统设计概论Introduction to Design of SHMS李 连 友中国路桥工程有限责任公司2010年12月.深圳报告内容 什么是桥梁结构健康监测系统？ 桥梁结构健康监测系统是否有用？ 桥梁结构健康监测系统设计 桥梁结构健康监测系统在桥梁养护中的作用 桥梁结构健康监测系统与人工检查的关系 桥梁结构健康监测系统与结构“原始测试” 相关的课题研究 推荐一些参考资料问题1：什么是桥梁结构健康监测系统？桥梁结构健康监测系统是一种桥梁病害实时的、自动的检测 和识别系统。一般来说包括以下四个子系统： （1）传感器子系统 （SS：Sensor System） （2）数据采集与传
2、输子系统（DATS：Data Acquisition & Transmission System） （3）数据处理与控制子系统 （DPCS：Data Processing & Controlling System ） （4）结构评估子系统 （SHES：Structural Health Evaluation System）桥梁结构健康监测系统类似于一个“矩阵”结构。 （1）桥梁结构健康监测系统设计从具体监测项目入手 （2）评价系统的有用性也从具体的监测项目入手 桥梁结构健康监测系统未必都是实时采集数据。 桥梁结构健康监测系统的“两个变种”。移动式数据 采集系统结构评估桥梁1数据处理桥梁2桥梁n
3、桥梁3问题2：桥梁结构健康监测系统是否有用？序号桥梁名称结构型式主跨地点 1苏通大桥斜拉桥1088浙江 2西堠门大桥悬索桥1650浙江 3金塘大桥斜拉桥620浙江 4嘉绍大桥斜拉桥六塔70+200+5428+200+70浙江5宁波五路四桥四座桥梁浙江 6深圳西部通道斜拉桥210深圳 7下白石大桥连续钢构145 m +2260 m +145 m福建8东海大桥斜拉桥420上海 9杭州湾大桥斜拉桥448/318浙江 10黄埔大桥悬索桥、斜拉1138/383广东 11菜园坝大桥拱桥420重庆 12大佛寺桥斜拉桥450重庆 13青岛海湾大桥斜拉桥260山东 14南京三桥斜拉桥648江苏 15武汉长江二桥
4、斜拉桥400湖北 16天心洲大桥斜拉桥504湖北 17芜湖九江长江大桥斜拉桥216安徽 18坝陵河大桥悬索桥1088江苏 19江阴长江大桥悬索桥1388江苏 20润扬长江大桥悬索桥176+406+176、1490江苏21泰州大桥悬索桥1080+1080江苏 22四渡河大桥悬索桥900湖北 23铁罗坪大桥斜拉桥320湖北 24支井河大桥拱桥430湖北 25龙潭河大桥连续钢构200湖北 26果子沟大桥斜拉桥430湖北 27淇澳大桥斜拉桥360广东 28虎门大桥悬索桥888广东 29南宁永和大桥拱桥360广西 30青马桥悬索桥1377香港31汀九桥斜拉桥127+448+475+香港 32汲水门桥斜拉
5、桥160+430+香港 33昂船洲桥斜拉桥1018香港 34青龙桥悬索桥1480香港 35苏拉马都大桥斜拉桥430印尼 36明石海峡大桥悬索桥960+1990+日本 37Great Belt悬索桥535+1624 +丹麦 38南备赞濑户桥悬索桥274+1100+日本 39Namhae悬索桥128+404+韩国40Skarsundet斜拉桥240+530+挪威 41Rama IX斜拉桥166+450+泰国 42柜石岛桥斜拉桥日本 43Jindo斜拉桥70+344+韩国 44New HaengJu斜拉桥160+120+韩国 45Storcks Bridge斜拉桥63+瑞士 46Faro斜拉桥主跨丹
6、麦 47HAM42-0992连续梁17+24+美国 48Jamboree Road Overcrossing连续梁35.5+46.1+美国49West Street On-Ramp连续梁45.8+60.1美国50Jindo斜拉桥70+344+韩国 51Rama IX斜拉桥166+450+泰国 52Sunshine skyway斜拉桥主跨美国 53HAM42-0992连续梁17+24+美国有没有用？怎么来评价有没有用？拍脑袋还是理性 分析？ 北京110国道 虎门大桥 青马大桥（1）110国道当时有5座桥梁需要评估并进行加固（2）由于超载，按设计规范的汽车荷载加固满足不了实际交通的要求。（3）北京
7、市公路局对110国道汽车荷载进行了实际测量，建立了道路上实际的汽车荷载模型汽车称重系统示意图北京市110国道 汽车载重直方图 基本统计: 样本数589载重：吨数量百分比8020.3470-80457.6460-709015.2855-60233.90评估荷载值载重：吨主 车重 车一般运营65.5108.0密集运营61.2102.6我们的建议： （1）有没有没用的标准是投入产出分析 （2）在设计的时候要考虑系统投入的经济效益 假设110国道上每座桥梁平均加固费用为500万元 ，5座桥梁加固费用总计为2500万元；假设进行汽 车荷载测试数据分析的费用为31万元，那么正是 这31万元的投入使得250
8、0万加固费用没有被浪费 。 这个监测费用投入值吗？问题3：桥梁结构健康监测系统设计桥梁结构健康监测系统按国内工程惯例来看大致可 以分为以下几个阶段 （1）项目建议书（说服桥梁管理者要做这件事） （2）初步设计（系统整体设计，控制系统预算） （3）详细设计（设备选型、硬件配置、软件开发以 及相应的课题研究工作） （4）安装调试 （5）系统运营，数据分析和结构评估（定期工作） 以湖北沪蓉西高速四座桥梁监测系统工程为例子四渡河特大桥铁罗坪特大桥支井河特大桥龙潭河特大桥恩施 监控 中心骨 干 数 据 传 输 光 缆施家良子滑 坡监测系统其他6座连续 刚构桥梁湖北沪蓉西国道监测系统总体示意图第一步：传感
9、器子系统设计 根据业主需求需要对桥梁哪些参数进行监测？ 每种参数需要什么设备来监测？ 传感器类型数量决定了采集系统设备和数量，进 而决定了其他系统的设备和数量，所以传感器系 统设计很大程度上决定了整个系统的造价 首先根据常识设计一个基本的传感器系统，然后 在征求业主意见或者评审专家意见基础上对基本 的系统进行加减。常见的监测系统传感器包括 （1）监测荷载的，如： 风速仪 温度计 汽车称重系统WIM （2）监测结构反应的，如： 加速度计 应力应变计 GPS 倾角仪 位移计 （3）耐久性方面的，如 阳极梯输出量（反应）桥 梁系统输入量（荷载）监测汽车荷载的轴重、轴距 ，以及交通流量统计等动态地秤监
10、测结构加速度反应 根据加速度时程数据 进行结构模态分析和 损伤识别分析加速度计加速度计桥梁健康监测系统应变计监测应变峰值 结构疲劳评估 结构评估应变计大型桥梁结构健康监测系统介绍位移计监测桥梁顺桥向位移 确定伸缩缝位移量桥梁健康监测系统GPSGPS系统它利用接收导航卫星载波相位进行实时相系统它利用接收导航卫星载波相位进行实时相位差分。差分系统是由位差分。差分系统是由GPSGPS基准站、基准站、GPSGPS监测站和通监测站和通信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站。监测站接收卫星信号及光纤实时传递到监测站。监测站接收卫星信号及
11、GPSGPS基准站信息，进行实时差分后可实时测得站点基准站信息，进行实时差分后可实时测得站点的三维空间坐标。此结果将送到监控中心。在监控的三维空间坐标。此结果将送到监控中心。在监控中心对接收机的中心对接收机的GPSGPS差分结果进行桥梁桥面、桥塔差分结果进行桥梁桥面、桥塔的位移、转角计算，提供大桥管理部门进行安全分的位移、转角计算，提供大桥管理部门进行安全分析。析。 全球定位系统G P S大型桥梁结构健康监测系统介绍GPS Receiver 传感器系统设计几点注意： 征求系统用户的意见和使用要求 传感器精度与被测量匹配（以加速度计为例） 考虑传感器的长期稳定性和耐久性 抵抗环境干扰能力 在投资
12、一定的前提下，获得质量高的少量数据远 远好于获得质量低的大量数据。 讲诚信，不能以次充好。第二步：数据采集系统设计 选用的传感器决定了设计什么样的采集系统 有些监测项目直接选用与传感器匹配的采集设备 有些监测项目需要自行设计甚至开发特定的数据采集设备 如果是选用现成的采集设备，一般设备厂家供应采集软件 如果是自行研发的采集设备，需要开发数据采集软件 数据采集系统硬件占整个系统硬件造价的绝大部分。 在采集系统确定的前提下，额外增加一些传感器对系统总造 价影响不大。 光纤传感器（温度计和应变计）采集系统设计 加速度计采集系统设计 难点问题，不同采集设备之间的同步设计重要概念中心波长 以24通道加速
13、度计为例子序号产产品型号产产品规规格说说明数量1PXI-10366槽PXI机箱12PXI-8185PXI控制器 1.2 GHz Celeron 256 MB SDRAM 40G HDD 正版Windows XP13PXI-6143250 kS/s，16位，8路模拟输 入 ，同步采样数据采集卡34LT68-BL端子板线缆35Measurement Studio虚拟仪 器软件开发平台包含 LabWindows CVI16PXI-6682GPS, IEEE 1588 and IRIG-B Timing and Sychronization for PXI17PXI-622016位, 250 kS/s
14、, 16路模拟输 入1 第三步：监控中心设计 第四步：软件系统设计 数据采集软件 数据处理软件 数据库管理软件 GPS监测软件 汽车荷载模型软件 模态识别软件 有限元分析计算软件 问题4：桥梁结构健康监测系统在桥梁养护中的作 用是一种收集桥梁养护管理需要的信息的一种 方式，特点是实时性敲击扫描式桥梁损伤检测车（研发中） 国家自然基金项目（编号：108002040） 问题5：桥梁监测系统与人工检查的关系 监测系统及时发现可能有损伤并确定大概位置 损伤类型严重程度仍然需要人工检查来确定 有了监测系统，人工检查仍然十分重要，任何系 统都不是万能的 问题6：监测系统与结构“原始测试” 留下桥梁好的状态
15、，用后来的状态与其“对比” ，看桥梁是否发生了病害。 香港青马桥做了模态识别和静力影响线，其中动 力部分委托清华大学，请参考有关报告。问题7：相关的课题研究 损伤识别 模态识别 结构评估 现状汽车荷载模型 等等 问题8：相关的一些参考资料Specification of Wind and Structural Health monitoring System for Hong Kong Stonecutters Bridge Doebling,et.al., Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechan
16、ical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics,1996 Los Alamos National Laboratory Report, LA-13976-MS, 2003,A Review of Structural Health Monitoring Literature: 1996- 2001 I-40桥相关研究报告 A.Emin Aktan, F.Necati Catbas, Development of a Model Health Monitoring Guide for Major Bridges,2002 国内各个大桥结构健康监测系统设计文件及相关报告等。谢谢请多提宝
