2016版监测技术规程.pdf
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1、公路桥梁结构安全监测系统技术规程(JTT1037-2016)提提 纲纲一、定义与术语二、总体设计三、监测内容与测点选择四、传感器五、数据采集、传输、处理和管理六、数据分析与安全评估一、定义与术语结构结构安全监测系统安全监测系统structural safety monitoring system由安装在桥梁上的传感器以及数据采集与传输、数据处理与管理等软硬件构成,对桥梁的荷载与环境作用以及桥梁结构性能参数进行测量、收集、处理、分析,并对桥梁结构正常使用水平与安全状态进行评估和预警的系统。150m梁桥、200m拱桥、300m斜拉桥、500m悬索桥 结构复杂、桥梁重要性等级高其他桥梁结构一、定义与
2、术语风、温度、湿度、降雨等应变、裂缝、腐蚀、索力、支反力、基础冲刷等整体振动、位移、变形和转角等 一、定义与术语安全安全评估评估 safety evaluation通过监测数据分析桥梁结构当前的工作状态,并与相应的临界状态进行比较分析,评价其安全等级。二、总体设计二、总体设计1一般规定2系统架构3传感器模块 数据处理与管理模块5 数据分析与安全预警及评估模块64数据采集与传输模块 系统集成与用户界面交互7二、总体设计系统的目标满足数据分析、安全预警、安全一级评估、安全二级评估及专项评估的要求硬件和软件技术先进、稳定可靠、操作方便、经济实用、便于维护更换及扩展升级系统的寿命埋入式监测设备不应低于
3、20年非埋入式监测设备不应低于5年(监测寿命要求意见较突出的部分)在正常维护和更换下,监测系统应与桥梁同寿命,监测设备的维护与更换应保证数据的连续性本条对软硬件提出了明确的维护更换及扩张的要求,并规定了监测设备的寿命,明确了监测系统建设、维护的基本要求。现有监测系统的问题与桥梁问题一致,重“建设”轻“养护”,同样问题频发:1.传感设备及监测设备老化损坏,系统维护不及时,导致测点缺失甚至系统停止运行;2.数据分析评估不及时,不能为决策提供依据,业主“获得感”不强;(如何培养需求)3.上述问题的存在导致不同的声音和质疑。二、总体设计 传感器模块由荷载与环境监测、结构整体响应监测和结构局部响应监测传
4、感器构成,应实现桥梁环境参数、车辆荷载参数及视频信息、结构响应的测量。数据采集与传输模块由数据采集设备、数据传输设备与缆线、数据采集与传输软件构成,应实现传感器数据同步采集与传输,保证数据质量、不失真 数据处理与管理模块由数据预处理、中心数据库、数据查询与管理软硬件构成,应实现桥梁监(检)测数据的处理、查询、存储与管理等功能 数据分析与安全预警及评估模块应实现数据实时在线显示、数据分析、安全预警及评估等功能二、总体设计l 监测内容l 监测变量l 测点位置和数量l 传感器选型监测内容应变、索力结构振动车辆荷载支座反力、伸缩缝变位变形与位移船撞、风荷载、地震裂缝、腐蚀、基础冲深转角温度、湿度、雨量
5、风浪、波浪荷载与环境监测内容结构整体响应监测内容结构局部响应监测内容应采用结构计算分析、结构危险性分析和易损性分析方法确定二、总体设计l 与传感器接口的匹配性设计l 信号调理与数据采集方案:信号调理与数据采集设备应基于接口匹配性、环境适应性、稳定性、耐久性等要求进行选型;数据采集方案应保证信号信噪比高、不失真,动态信号还应满足采样定理数据采集站(机柜)布置方案应考虑传感器布置、信号传输距离、易于维护等要求l 数据传输方案与路由设计:数据采集与传输设备应选用兼容性、耐久性和环境适应性好的产品数据传输路由与综合布线应基于桥梁现场情况、传感器与数据采集站布置方案及信号传输距离进行设计,宜利用机电工程
6、已有桥架和预留孔洞走线,并远离强电等噪声源l 软件功能设计与集成方案:数据采集和传输软件应自动采集与传输数据,并可进行人工干预采集与采集参数调整本条文给出了数据采集与传输软硬件的基本规定,确定了采集传输设备选型的基本原则。二、总体设计功能要求:数据预处理、数据存储、自动生成报告报表;操作系统中心数据库,进行数据查询和管理;备份数据、自动导入和导出数据及手工导入和导出数据;统一的数据标准格式和接口;数据安全性,可采取设定不同用户级别权限和密码,以及网络防护等技术措施;重点:本条文给出了数据处理与管理模块的功能要求;监测系统数据管理标准化问题,这是目前结构健康监测系统发展和推广、成功应用面临的关键
7、问题。二、总体设计l 监测数据分析l 一级安全评估l 二级安全评估l 安全预警数据分析、安全评估与预警修正的模型监测数据最大值与特征值荷载与环境监测荷载、设计荷载设计容许值结构整体响应重分析、极限承载力分析结构安全储备比较结构局部响应监测数据分析与建模一级安全评估在线实时预警二级安全评估综合预警三、监测内容与测点选择三、监测内容与测点选择1一般规定2监测内容3测点选择监测内容与测点选择 结构整体响应结构整体响应结构局部响应结构局部响应 荷载与环境荷载与环境根据荷载与环境作用特点应根据结构振动和变形特点、模态参数识别及安全评估要求根据结构计算分析和易损性分析结果 监测内容应根据运营环境、结构特点
8、、结构危险性分析、结构设计和监运营环境、结构特点、结构危险性分析、结构设计和监测功能测功能确定 测点选择应满足安全预警和评估要求,遵循“代表性、实用性、经济性、少而精”的选择原则监测内容与测点选择l 荷载与环境l 结构整体响应l 结构局部响应必选可选不选桥型斜拉桥斜拉桥悬索悬索桥桥拱桥拱桥梁梁桥桥监测内容与测点选择内力分析振动与变形特点荷载特点易损性分析模态参数识别环境特点整体状态评估荷载与环境监测结构整体响应结构局部响应监测内容与测点选择l 荷载与环境监测-车辆荷载内内容容车辆荷载监测内容包括车辆荷载监测内容包括断面断面交交通流、车型、车轴重、轴数、通流、车型、车轴重、轴数、车辆总重、车速车
9、辆总重、车速等等测测点点车辆荷载监测宜采用不停车称车辆荷载监测宜采用不停车称重方法,称重测点宜选择在路重方法,称重测点宜选择在路基或有稳定支撑的混凝土结构基或有稳定支撑的混凝土结构铺装层内,应覆盖所有行车道铺装层内,应覆盖所有行车道监测内容与测点选择l 荷载与环境监测-温湿度内内容容桥梁桥梁结构温度场和湿度结构温度场和湿度测测点点 根据截面温度梯度及结构整体升根据截面温度梯度及结构整体升降温和空间分布特点,可通过有降温和空间分布特点,可通过有限元模拟或参考相关桥梁设计规限元模拟或参考相关桥梁设计规范确定测点范确定测点位置位置 宜在主梁跨中、索塔、拱圈、主宜在主梁跨中、索塔、拱圈、主缆等关键截面
10、布设缆等关键截面布设测点测点 测点布置宜与应变监测的温度补测点布置宜与应变监测的温度补偿测点统一设计、偿测点统一设计、数据共享数据共享 单体桥梁湿度测点不宜少于两个,单体桥梁湿度测点不宜少于两个,宜布设于桥梁结构内外湿度变化宜布设于桥梁结构内外湿度变化较大和对湿度敏感的桥梁结构内较大和对湿度敏感的桥梁结构内部或部或外部外部 关键关键钢结构应布设湿度测点,宜钢结构应布设湿度测点,宜布设在桥面上、钢结构箱梁内、布设在桥面上、钢结构箱梁内、斜拉桥的斜拉索锚固区、悬索桥斜拉桥的斜拉索锚固区、悬索桥的锚室内和主缆内以及鞍罩内的锚室内和主缆内以及鞍罩内u 热电偶温度计热电偶温度计u 电容湿度计电容湿度计监
11、测内容与测点选择l 荷载与环境监测-风荷载u 机械式风速机械式风速仪或仪或三维超声风速三维超声风速仪仪内内容容对对大大跨径斜拉桥和悬索桥等风跨径斜拉桥和悬索桥等风敏感结构的风敏感结构的风参数参数(风速和风速和风风向向、风压)、风压)进行监测进行监测测测点点 宜宜选择在桥面两侧、塔顶、选择在桥面两侧、塔顶、拱顶,其安装位置应尽可能拱顶,其安装位置应尽可能地监测自由场风速和风向地监测自由场风速和风向 跨度小于跨度小于800m800m斜拉桥和跨度斜拉桥和跨度小于小于1500m1500m悬索桥宜在主梁悬索桥宜在主梁跨中上下游两侧各布设一个跨中上下游两侧各布设一个测点测点 跨度大于等于跨度大于等于800
12、m800m斜拉桥和斜拉桥和跨度大于等于跨度大于等于1500m1500m悬索桥,悬索桥,宜结合风场空间相关性适当宜结合风场空间相关性适当增加测点数量增加测点数量 风敏感的特大跨桥梁宜根据风敏感的特大跨桥梁宜根据钢箱梁绕流场特性进行钢箱钢箱梁绕流场特性进行钢箱梁表面风压监测梁表面风压监测u 监测风压的陶瓷型或扩散硅型微压差传监测风压的陶瓷型或扩散硅型微压差传感器,或感器,或皮托管皮托管监测内容与测点选择l 荷载与环境监测-地震荷载和船撞u 船撞高频加速度传感器船撞高频加速度传感器u 监测地震动的高灵敏度监测地震动的高灵敏度加速度传感器加速度传感器内内容容 应对特大型桥梁桥址区域地震应对特大型桥梁桥
13、址区域地震动动监测监测 宜宜对抗震设防等级较高区域的对抗震设防等级较高区域的其他桥梁地震动其他桥梁地震动监测监测 航道航道等级为等级为I I级级VV级的桥梁宜级的桥梁宜进行船舶撞击进行船舶撞击监测监测 非通航孔桥宜在船舶撞击风险非通航孔桥宜在船舶撞击风险区进行船舶撞击监测区进行船舶撞击监测测测点点 长度长度小于小于800m800m的桥梁,宜布设的桥梁,宜布设一个测点;长度不小于一个测点;长度不小于800m800m的的桥梁,考虑地震地面运动非一桥梁,考虑地震地面运动非一致性,宜增设一个测点致性,宜增设一个测点 桥岸地表区域可将测点布设于桥岸地表区域可将测点布设于护岸、锚碇锚室内、近桥址监护岸、锚
14、碇锚室内、近桥址监控中心等自由场地上,水体区控中心等自由场地上,水体区域可布置于人可到达的索塔和域可布置于人可到达的索塔和桥墩底部或承台顶部,并易于桥墩底部或承台顶部,并易于保护和维护保护和维护 测点宜选择在易遭受船舶撞击测点宜选择在易遭受船舶撞击的桥墩处的桥墩处监测内容与测点选择l 荷载与环境监测-降雨量监测u 电容雨量传感器、红外线式雨量传电容雨量传感器、红外线式雨量传感器、单翻斗雨量传感器感器、单翻斗雨量传感器内内容容斜拉桥斜拉桥宜进行降雨量监测宜进行降雨量监测测测点点宜布设在桥梁开阔部位,且不宜布设在桥梁开阔部位,且不宜布设在振动较大部位宜布设在振动较大部位监测内容与测点选择l 结构整
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