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1、桥梁健康自动化监测系统解决方案杭州 xx 科技有限公司2016年4月目录1、 引言 11.1. 桥梁健康自动化监测的目的 11.2. 传统检测与在线监测 11.3. 系统构造框图 22、在线监测系统设计原则 32.1. 设计原则 32.2. 设计思路 33、系统的设计 43.1. 监测子系统 43.2. 监测内容及方法描述 43.2.1. 应力/应变监测 43.2.2. 变形监测 53.2.3. 沉降监测 53.2.4. 裂缝监测 53.2.5. 索力监测 63.2.6. 环境监测 64、传感器选型 64.1. 传感器的选型原则 64.2. 挠度监测设备 74.3. 倾斜传感器 74.4. 沉
2、降传感器 74.5. 裂缝传感器 74.6. 索力监测设备 84.7. 应力/应变监测设备 84.8. 环境监测设备 85、软件系统 95.1. 软件系统设计 95.2. 软件系统功能 105.3. 软件主要功能演示 105.3.1. 主界面 105.3.2. 报表统计 115.3.3. 数据记录 115.3.4. 操作记录 115.3.5. 告警记录 125.3.6. 用户管理 126、云计算服务中心 136.1. 云计算服务中心优势 136.2. 云计算服务附加值 137、结构评估系统 147.1. 原始指纹法 147.2. 趋势分析 147.3. 养护管理评判法 157.4. 承载力评估
3、 157.5. 可靠性评估 157.6. 综合法 168、 系统供电 169、 系统防雷 161、引言1.1. 桥梁健康自动化监测的目的多年来，桥梁结构的安全状况一直是公众特别关心的问题。现代化大型桥梁是交通主 干道的重要节点，对交通运输区域发展具有重大影响，是国家、地区经济发展与技术进步 的象征。然而，目前国内外许多桥梁都存在不同程度的隐患。我国许多重要的大型桥梁都 没有建立保证安全性和耐久性的维护系统。由于缺乏大桥结构整体性的安全监测系统，对 结构状态的任何异常不能及时发现，以做出相应的防患措施。一些城市已发生大桥严重的 质量事故，造成很大的经济损失和不良的社会影响。分析产生上述事故的原因
4、很复杂，除 设计与施工方面的原因以外，这些桥梁长期处于超负荷运营状态，致使许多构件的疲劳损 伤加剧，是导致倒塌的重要原因。如果能对桥梁的疲劳损伤进行监测，从而对桥梁的健康 状况给出评估，在灾难来临之前给出预警，将会大大减少惨剧的发生。1.2. 传统检测与在线监测传统桥梁检测与自动化监测的对比：项目传统人工检测自动化在线监测实时性定期检查（或者出现自然灾害、事故后的临时性检测）全天候24小时在线监测，实时掌握数据准确性部分检测人工观察，误差比较大传感器检测，克服人工误差便捷性繁琐，需人工记录后转输电脑实时记录、随时查看可量化观察为主，量化数据少以量化的数据为主，提供海量数据实效性恶劣天气数据不稳
5、定不受天气影响实时监测安全性人工检测存在检测人员的安全风 险无人员安全风险在线监测技术解决了目前传统的人工检测中的不足：不需要人员多次进入现场检查，节省人力物力； 24小时连续监测，确保了数据的连续性； 监测到的数据出现异常，能够第一时间将分析结果通过报警功能进行报警 每月提供数据报告，对当前桥梁运行情况进行评估。1.3. 系统构造框图通业.宦应用层I卜St型押服务(PaaS 语件信音播札DWiFi桥梁自动化监测系统构造框图系统整体分为感知层、网络层、应用层、应用界面等几部分组成，感知层采集安全数 据，网络层传送安全数据，应用层和应用界面很人性化的反应桥梁等建筑的健康情况，整 个系统做到对于桥
6、梁的实时自动化监控。陨用界丽于出严HQ电呃白置等门户，平台菓统菅理监则业券移动互联网卫星WIFI观频监测应变监测雨屋腔测 製缝监测他h说卫用civs）软件即血容（SaaS）帚基础设施即服务 莎 p71 pTl （1时引理频）；. 1rrr应据用瑞it由. A理预预布上预2、在线监测系统设计原则2.1. 设计原则监测系统是提供获取桥梁结构信息的工具，使决策者可以针对特定目标做出正确的决 策。（1）保证系统的可靠性：由于桥梁结构安全监测系统是长期野外实时运行，保证系统的可 靠性。否则先进的仪器，在系统损坏的前提下也发挥不出应有的作用及效果。（2）保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能与现在技术
7、成熟监测及测试技术发展 水平、结构安全监测的相关理论发展相适应，具有先进和超前预警性。（3）可操作和易于维护性：系统正常运行后应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技 术水平及能力不应要求过高，方便更新换代。（4）具有完整和扩容功能：系统在监测过程能够使监测内容完整、逻辑严密、各功能模块 之间能够即相互独立、又能相互关联；能避免故障发生时整个系统的瘫痪。（5）以最优成本控制：本方案的一个原则就是利用最优布控方式做到既节省项目成本、后 期维护投入的人力及物力，又能最大限度发挥出实际监测、监测的效果。2.2. 设计思路桥梁健康在线监测系统工程要紧密结合大桥实际情况，结合相关技术的发展。注重实 用性
8、、可靠性、先进性、可操作性、易维护性、完整性和可扩容性等几个原则。大桥安全 综合管理系统除了对安全监测建设中涉及的参数进行综合管理外，还综合考虑桥梁环境参 数信息等。总之，本系统坚持贯彻“技术可行、实施可能、经济合理”的基本原则，使得桥梁健 康监测系统做到可用、实用、好用的程度，充分发挥作用，为大桥的养护管理以及安全运 营提供技术上的支持。3、系统的设计桥梁结构安全监控及评估系统的基本监控功能是通过传感器系统来实现的，合理布置 传感器是保证监控质量的前提。监控系统使用传感器越多，量测信息越丰富。但是由于传 感器、存储介质等的费用，一般只能使用有限个传感器。只有有效合理使用有限个传感以 达到近可
9、能多的信息，从状态评估出需要出发，以有效和经济为主使测点能够发挥最大效 应的原则布置传感器位置。同时可以充分利用技术的优势，使测试手段不断丰富，并减少 人为的误差，同时通过少数的人工测试方法来对自动采集系统进行校验。通过定期检查系 统的稳定性，以保证监控系统稳定准确地运行。结构健康与安全监控预警系统包括多参数的监控及研究，其中包括桥梁工作环境的监 控、桥梁结构整体性能的监控、结构应变的监控、振动监控。在满足桥梁健康监测的前提 下，从桥梁的监测成本、监测布点进行优化。3.1. 监测子系统监测系统设计中，根据每座桥梁的几个方面确定系统的规模、参数的类型以及数量 等。根据不同的特点，考虑到桥梁的工作
10、环境等，在进行健康监测中，以下各子系统参数 是非常重要的：1结构变形监测：包括墩台的沉降与倾斜，跨中桥体的变形、裂缝、桥面的变形等； 2吊杆索力监测：吊杆的索力监测；3结构振动特性与振动水平监测：包括桥体以及桥面的振动幅值以及振动特性的测试 与分析；4结构应力/应变监测：桥梁重要部位（主塔、桥面关键部位等）的静态应变测试； 5环境监测：包括环境温度、湿度、风力风向、噪声等多方面的监测； 测试参数确定了，需要根据不同桥型的各类结构特点选择适合的测试方法以及响应测 试指标的设备。3.2. 监测内容及方法描述桥梁健康自动化监测系统包括应力应变监测、变形监测、索力监测、倾斜监测、 环境监测等部分内容。
11、具体监测内容及监测方法如下：3.2.1. 应力/应变监测大桥桥面直接承担着车辆荷载，受荷载的影响最为直接，极易因异常荷载而引起损 伤。同时桥面的损伤对桥梁的使用性能的影响也最为直接，因此，对桥面有代表性断面的 应力进行监测，可以了解作为主要承力构件的受力状态，及时诊断桥梁的病害，控制车辆 荷载和对桥梁结构进行疲劳分析十分必要。桥体作为主要承力结构，受力是非常重要的， 必须加强应力/应变的监测。序号监测内容监测方法监测特点1混凝土应力应变应变计静态+动态3.2.2. 变形监测主要监测桥梁的桥墩、桥面的变形，根据不同的部位，选择采用连通管变形传感器以 及测斜仪。其中连通管传感器测试相对变形，且是垂
12、直方向信息。固定式测斜仪主要测试 结构的不均匀变形，也即倾斜的情况，主要用于测试桥塔等易发生倾斜的重要构件。序号监测内容监测方法监测特点2桥梁挠度压差变形测量传 感器动态监测3桥梁倾斜盒式固定测斜仪动态监测3.2.3. 沉降监测大桥桥墩承担着整个桥面以及车辆的负荷，受荷载的影响大，同时桥梁底部地质情况也会导致桥墩出现沉降问题，而桥墩沉降直接影响到整个大桥的安全，因此桥墩沉降监测也是非常必要的。序号监测内容监测方法监测特点4桥墩沉降钢尺沉降仪静态监测3.2.4. 裂缝监测混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且耐火性好、 不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最
13、广泛的建筑材料。混凝土最主要 的缺点是抗拉能力差，容易开裂。大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构 件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见（V0.05mm），般对结构的 使用无大的危害，可允许其存在；有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下， 不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到 削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。序号监测内容监测方法监测特点5裂缝监测振弦式表面裂 缝计动态监测3.2.5. 索力监测吊杆是拱桥结构中重要的构件，它的作用是把主梁承受的恒载、活载转递到主拱圈 上，再传递
14、至基础；同时对于主梁在活载作用下起到一个弹性支撑的作用。吊杆索力的对 拱圈、主梁的受力和变形尤为重要。因此无论在拱桥的施工过程还是在运营过程中，精确 测量索力的大小以便准确预知桥梁结构的受力和状态，为决策者提供可靠的数据和判断的 依据是十分重要的桥梁吊杆索力监测可以使用两种方法，可以选择采取振动法和磁通量两 种方法进行监测。序号监测内容监测方法监测特点6吊杆索力振动法加速度 传感器/磁通量传感器动态监测3.2.6. 环境监测桥梁健康监测系统中，还加有环境监测，包括温度、湿度、风力、噪音4大项。序号监测内容监测方法监测特点7温度监测温度传感器动态8湿度监测湿度传感器动态9风力监测风速仪动态10噪音监测噪声仪动态4、传感器选型测试用传感器确定需要根据测试参数类型，结合桥梁的实际情况进行选定，首先要考 虑传感器的长期稳定性，然后考虑传感器的测试指标与性价比，另外还需重点
