桥梁结构安全监测光纤技术bet_必威官网bet 桥梁结构安全监测光纤技术bet_必威官网bet
桥梁结构安全监测光纤技术bet
发布时间:2019-12-30

 

01

桥梁监测的意义

 

众所周知,桥梁跨越山谷、必威、河流或其它障碍物,是一种架空于水面或地面的人造通道,其可靠性和安全性尤为重要。由于桥梁事故的破坏性巨大,不仅会造成交通中断,影响国民经济发展,还会带来巨大的经济损失和人员伤亡,将造成非常不好的社会政治影响。例如:1989年10月17日,美国Cypress Freeway在1989年旧金山7.1级的bet中倒塌,造成42人死亡。1994年10月21日,韩国首尔Songsu大桥中间段在早上上班高峰时期断开,坠入汉江,导致31人死亡。 1994年10月2日,中国广东省一家娱乐公园的一座浮桥的栏杆断裂,导致桥上游客全部坠毁,33人在事故中丧生。1995年1月17日,日本神户发生灾难性的里氏7.3级bet,造成了严重人员伤亡和财产损失,其中一座四车道悬空高速公路断裂,将道上汽车甩落地面,导致18人死亡。1995年10月8日,阿尔及利亚拉格瓦特省一个小镇大雨之后一座桥坍塌,导致50人左右丧生。1999年1月4日,中国重庆綦江县彩虹桥发生了坍塌事件,造成至少40人死亡。2001年3月4日,葡萄牙北部的Hintze-Ribeiro大桥坍塌,一辆汽车落水,导致多达59人死亡。2002年5月27日,美国俄克拉荷马州的一座大桥被驳船撞击后断裂,数辆车坠入阿肯色河,至少14人死亡。2003年8月28日,印度达曼西部沿海区域一座大桥坍塌并坠入泥河,一辆校车及多辆轿车被卷入湍流,至少25人死亡,其中包括23名儿童。2006年12月2日,印度比哈尔邦帕戈尔布尔火车站附近一座150年的旧桥在被拆毁的过程中坍塌,地面一列火车被压,导致33人死亡。2007年3月20日,几内亚盖凯杜省一座大桥坍塌,地面一辆满载乘客和货物的卡车被压,导致至少65人死亡。2007年6月15日,中国广东佛山发生一起运沙船撞击桥墩事件,造成大桥南岸200米桥面坍塌,多辆汽车坠河,10人死亡。所有这些灾难的发生,都使整个世界为之震惊,从而引起了人们对桥梁的健康的极大关注。鉴于桥梁的特殊性与复杂性,国际上开展了相关的对策研究。在桥梁设计方面,设置先进、可靠的综合健康状态实时监测系统,对出现的安全隐患能够快速反应,能够达到从探测、报警、联动控制直至消除安全隐患的全方位一体化要求,实现对桥梁关键部位的温度、应变(应力)、振动(加速度)、缝隙变化、地下水位变化、索力变化等各项参数的综合实时监测,并根据监测数据由监测系统判断桥梁的健康状况。这样,桥梁养护工作人员可以实时真实地了解到桥梁的安全状态,为桥梁上的各种活动提供可靠有效的参考依据,进而通过提供所需要的早期危险报警和损伤评估来保证桥梁的安全,从而大大增强桥梁的生存能力。 

2006年2月9日,国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》确定了11个国民经济和社会发展的重点领域,并从中选择了68项优先主题进行重点安排。其中,在“公共安全”重点领域中,其发展思路中明确提出了:1)加强对突发公共事件快速反应和应急处置的技术支持。以信息、智能化技术应用为先导,发展国家公共安全多功能、一体化应急保障技术,形成科学预测、有效防控与高效应急的公共安全技术体系。2)提高早期发现与防范能力。重点研究桥梁、煤矿等生产事故、突发社会安全事件和自然灾害、核安全及生物安全等的监测、预警、预防技术。并确立了“重大安全事故的预警与救援”的优先主题。此外,在“信息产业及现代服务业”重点领域中,其发展思路中明确指出了:1)以应用需求为导向,重视和加强集成创新,开发支撑和带动现代服务业发展的技术和关键产品,促进传统产业的改造和技术升级。2)以发展高可信网络为重点,开发网络信息安全技术及相关产品,建立信息安全技术保障体系,具备防范各种信息安全突发事件的技术能力。并确立了“官网网络及智能信息处理”的优先主题。由此可见,国家对桥梁等大型公共设施的安全状况监测、预警技术的开发非常重视。 综上所述,建立一个以桥梁结构为平台,应用现代官网、通信和网络技术,优化组合结构监测、环境监测、交通监测、设备监测、综合报警、信息网络分析处理和桥梁养护管理各功能子系统为一体的综合监测系统是非常必要的,也具有非常重要的意义。

传统桥梁检测技术是通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息对桥梁结构的安全状态进行评估。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。传统检测方式的不足之处主要表现在:

  • 需要大量人力、物力并有诸多检查盲点,这对现代大型桥梁尤其突出。
  • 主观性强,难于量化。经过半个多世纪的发展,虽然现代斜拉桥的分析设计与施工技术已日趋完善,但对某些响应现象,尤其是损伤的发展过程,尚处于经验积累中,因此定量化的描述是很重要的。
  • 缺少整体性。人工检查以单一构件为对象,只能提供局部的检测和诊断信息,而不能提供整体全面的结构健康检测和评估信息。
  • 影响正常交通运行。对于较大型的桥梁通常需要搭设观察平台或用观测车辆,无可避免需要实施交通控制。
  • 周期长,时效性差。大型桥梁的检查周期可达数年。在有重大事故或严重自然灾害的情况下,不能向决策者和公众提供即时信息。

从上可知,用性等。

 

02

桥梁监测bet

 

一、设计与实施原则

  • 采用国际主流框架开发长期健康监测系统。 
  • 根据大桥的结构形式和特点,有针对性地设计长期健康监测系统; 
  • 长期健康监测系统各子系统或子模块之间有序融合,与其它相关系统无缝连接; 
  • 长期健康监测系统各子系统或子模块相对独立,方便维护; 
  • 长期健康监测系统的人机界面友好,方便操作; 
  • 长期健康监测系统稳定可靠,能自动、连续、稳定工作; 
  • 采用目前市场上先进成熟的技术和产品,满足未来升级、换代等需求;

 

二、系统组成

大桥长期健康监测系统包括以下子系统:

  • 必威系统
  • 数据采集与传输系统
  • 数据处理与控制系统
  • 结构健康数据管理系统
  • 结构健康评价系统
  • 检查与维护系统

 

三、测点布置

1、应力监测:

应力测点布置应反映桥梁结构的最不利受力情况,以下测试截面为测点布置参考截面: 

(1)主桥:

1)主梁跨中最大正弯矩截面;

2)主梁最大负弯矩截面;

3)桥墩最大压应力截面; 

4)塔梁固结位置的应力集中截面。 

(2)引桥: 对于连续梁桥: 

1)跨中最大正弯矩截面; 

2)支点负弯矩截面; 

3)桥墩最大压应力截面;

对于连续刚构桥: 

1)跨中最大正弯矩截面; 

2)墩梁节点附近最大应力截面;

3)墩脚附近最大应力截面; 

每个截面的测点布置应反映截面内力、应力的横向分布规律,主桥箱梁截面的测点数应不少于6个,塔墩截面的测点数应不少于4个。 

2、索力监测:

 桥梁拉索的选取应考虑索长、索力、索间距等因素,建议拉索的测试数目应不低于拉索总数的20%。 

3、变形监测:

主桥主跨边跨各选取一个最大挠度测试截面,每个截面测点数不低于1个; 两侧引桥各选取一个最大挠度测试截面,每个截面测点数不低于1个; 每个主桥桥塔顶布置水平位移测点不低于1个。 

4、主梁温度、桥塔墩台温度监测: 

测点布置应结合应力测点进行综合考虑。

5、环境风荷载监测:

监测指标、方式及测点须满足桥梁工作环境分析的要求。

测点要求:主梁不少于一个测点;塔顶不少于一个测点。 

6、环境空气温度、湿度监测:

监测指标、方式及测点须满足桥梁温度场和湿度场构建、环境温度与结构 响应相关性分析等要求。 

测点要求:不少于两个测点

7、加速度监测:

监测指标、方式及测点须满足结构动力特性提取的要求。 

测点要求:不少于5个测点

 

四、必威系统特点

  • 选用国内及国际上技术成熟、性能先进的必威; 
  • 抗干扰性强、耐久性好,在施工和使用环境下可靠稳定工作; 
  • 实用性强,方便安装、维护和更换; 
  • 精度应适中,在满足监测要求的前提下,考虑经济性,选择合适精度的必威; 
  • 在满足监测要求的前提下,适度增加必威的数量,保证必威数量具有一定的冗余度; 
  • 保护必威不受温湿度、雷击及干扰源(电源、电磁)等环境因素的影响及防止损坏。

 

五、数据采集与传输系统特点

  • 运营阶段能自动、连续、实时数据采集与传输; 
  • 数据采集同步精度满足数据分析要求; 
  • 数据采集与传输设备精度满足前向测量精度要求; 
  • 数据采集设备集成化程度高,便于统一管理控制; 
  • 数据采集与传输设备扩充性强,满足必威升级需求;
  • 数据采集与传输设备耐久性好、抗干扰性强;
  • 保护数据采集与传输设备不受湿度、雷击及干扰源(电源、电磁)等环境因素的影响及防止损坏。

 

六、数据处理与控制系统特点

  • 桥梁运营阶段能在监控中心远程监控必威系统及数据采集与传输系统; 
  • 桥梁运营阶段能在监控中心内实时显示监测数据; 
  • 功能定位明确,能够合理利用资源并分配任务,与前向及后向子系统有序融合; 
  • 软件系统具有开放性,能满足优化升级需求; 
  • 软件系统开发周期的各运行阶段(需求分析、系统概要设计、系统详细设计、数据库设计、程序编制、调试、测试等),保证所有提供的文件均满足规范书及有关标准要求。 
  • 整个服务器系统由数据接收服务器,数据库服务器,数据处理与分析服务器,应用服务器构成。利用服务器的硬件群集功能来最大限度的提高整个系统的可用性。

▷ 数据接收服务器

此服务器的主要功能为接收底层工作站传输的数据,并做简单的数据处理,要求数据并发性接收的相应能力强大。

▷ 数据库服务器

整个监测系统运行过程中会产生大量的数据,其中大部分数据在经过预处理后都将输入数据库系统,为后续的查询、运算、统计提供基础。数据库软件采用Oracle系统。

▷ 数据处理与分析服务器

此服务器主要功能是进行数据的在线分析处理,对实时数据和历史数据进行二次处理,数据融合处理,进行在线评估与预警,运行巡检养护管理模块的核心应用,接收WEB应用服务器的请求,将各项处理并将结果关注。该服务器运行的是整个大桥结构健康监测系统的核心功能。

▷ 应用平台服务器

系统需提供一个基于WEB的应用平台进行信息管理和信息发布,此部分选择的服务器有:

Web服务器:整个系统将接入Internet,并提供外部访问服务。 

专用采集服务器: GPS、光纤必威、视频必威等子系统的专用采集服务器,用以安装专用采集管理软件,获取该子系统的原始监测数据。专用采集服务器视解调设备的情况安置在监控中心或外场工作站机柜中,服务器数量以不影响正常采集和数据传输为要求。 

网络管理服务器:整个系统内的网络设备、服务器设备将统一管理,所有管理程序都将运行在此服务器中。

▷ 操作终端

在监控中心监控室提供的两个工作机位上放置两台普通台式机用于健康监测系统的日常操作与监控。

软件系统需支持Internet远程访问,主要功能包括:

  • 数据采集与前处理:部署在各采集工作站和专用采集服务器上,实现各子系统原始数据的采集和物理量的转换
  • 数据传输与存储:实现原始数据向数据接收服务器的实时传输,实现原始数据在各采集工作站、专用采集服务器及监控中心磁盘阵列的存储
  • 人工巡检数据的维护:实现人工巡检报告及量化数据的录入、修改与查询
  • 数据处理与分析:实现对原始数据的时域、频域处理与专项分析,需支持对处理算法的配置功能
  • 结构安全状况的在线评估:能结合实时监测和人工巡检数据进行综合的在线评估,并自动生成相关的报告的主体。能按照预设的评估模板进行评估,支持的评估报告包括:月度在线评估报告、突发事件临时在线评估报告、年度在线评估报告等
  • 预警与报警:实现设备使用状况、结构安全指标超阈值、突发事件综合报警与预警
  • 数据显示与查询:实现原始数据、处理后数据的时程及数值显示,支持按结构位置、设备类型及自定义模式显示,显示界面及数据均可配置;实现在线评估报告、日常运行报告、人工巡检报告的查询;实现预警报警数据及状态的查询。

系统检查与维护:实现各系统设备状态的定制显示,实现关键系统的远程维护。

 

03

桥梁安全监测网bet

 

桥梁安全监测网是以城市公路桥梁为对象,通过在桥梁关键结构部位设置光纤监测子系统,实时或定期地获取桥梁运营阶段有关结构行为和状态以及桥梁环境条件的必要数据,利用监测数据验证与评估桥梁设计的有关参数取值和理论结果,通过监测数据的处理与分析,掌握桥梁生命期内任何时刻(包括bet等偶然或突发事件发生过程与发生后)的结构整体性和安全性,同时也可以为桥梁运营期的维护、维修与管理提供决策依据和指导。

桥梁健康监测光纤官网系统构成

上海东海大桥光纤官网监测系统组网图

各桥梁独立设置的光纤监测子系统通过无线数据传输网络实现信息的集中采集、传输、处理、共享的数字化,形成一个以快速准确动态监视数据为基础的市区公路桥梁健康监测网。具有如下意义:

  1. 对市区公路桥梁的日常防灾减灾工作,偶发灾害的应急决策和灾后恢复重建的处置具有极大的现实的指导意义。

  2. 建成对外信息管理平台, 实现监控点信息的有效收发和终端的控制。

  3. 实时统计分析,与专家系统协同决策。

  4. 实现对外管理相关部门和科研机构的信息交换。

桥梁健康监测网系统

 

04

桥梁监测布点典型bet

 

一、连续刚构桥监测点布置bet

如上图所示,通盛大桥桥梁结构为连续五孔刚构,主跨每孔跨度为108米,边跨每孔跨度为58米。

本bet中,选取主墩截面和主跨、边跨代表性截面作为监测断面。 

因此,共设置6个主墩监测断面(ZD1~ZD6); 

主跨每孔设置跨中、四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面,边跨每孔设置1个跨中监测断面,主跨和边跨共设置11个监测断面(KD1~KD11)。 

因此,通盛大桥共设置17个监测断面。每个监测断面内的必威布置示意图如下:

图中实心黑点为应变必威,空心黑点为温度必威,详细必威点位设计如下表:

 

必威布置数量

安装位置

应变必威(只)

温度必威(只)

加速度必威(只)

ZD1

9

2

2

ZD2

9

2

1

ZD3

9

2

1

ZD4

9

2

1

ZD5

9

2

1

ZD6

9

2

2

KD1

8

1

1

KD2

8

1

1

KD3

8

1

1

KD4

9

1

1

KD5

8

1

1

KD6

8

1

1

KD7

8

1