DB23_T 3471-2023 寒区桥梁结构监测技术标准.pdf
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1、 ICS 93.040 CCS P28 23 黑龙江省地方标准 DB 23/T XXXXXXXX 寒区桥梁结构监测技术标准 XXXX-XX-XX 发布 XXXX-XX-XX 实施黑龙江省市场监督管理局 发 布 DB 23/T XXXXXXXX I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 总则.2 5 总体设计要求.2 6 传感器子系统设计.5 7 数据采集和传输子系统设计.8 8 数据管理子系统设计.9 9 数据分析与安全预警及评估子系统设计.10 10 系统验收和维护.14 附录 A(资料性)测点布设示意图.16 附录 B(资料性)寒区桥梁结构监测要点
2、说明.18 DB 23/T XXXXXXXX II 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由黑龙江省交通运输厅提出并归口。本文件起草单位:哈尔滨工业大学、龙建科工(黑龙江)有限公司、中国铁路设计集团有限公司、哈尔滨市综合交通规划研究所、黑龙江省交通规划设计研究院集团有限公司、黑龙江省交通运输信息和科学研究中心、清华大学、浙江大学、黑龙江工程学院、中交基础设施养护集团有限公司、浙江数智交院科技股份有限公司、黑龙江省交通投资集团有限公司、黑龙江省工程质量
3、道桥检测中心有限公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司、哈尔滨市市政工程设计院有限公司、黑龙江省林业设计研究院、黑龙江省建设投资集团有限公司、龙建路桥股份有限公司、哈尔滨市城市道路桥梁服务中心、黑龙江省鼎捷路桥工程有限公司、中铁五局集团有限公司。本文件主要起草人员:李顺龙、李忠龙、高庆飞、郭亚朋、任凤军、禚一、齐琳、郭云峰、张志国、谢雄、董中英、于立泽、盛可鉴、李双、于微微、纪伟、郭斌强、谭洪涛、于连成、曾明鸣、徐浩、张熠、罗敏、许广鹏、于海波、刘成庆、齐奕巍、许德龙、关剑明、张明君、王海泉、刘玉双、王圣保、吴恩泽、王琦、张雪峰、滕书滨、林宝臣、吕宝伟、叶志峰、吕佳、陈晓伟、郑孝功、沈小雷
4、、刘刚、王士全、姜久鸣、刘洋、李岩、杨大伟、张绍逸、刘昕、王鑫、田春河、杨永平、李绪森、史伟鉴、杜鹏、李明、李孟奇、刘满、张伟、袁宏俊、姜云峰、肖继臣、李欣澄、徐伟量、张旭、王安冬、陈旸、申屠雅靖、牛津、崔洪涛、王杰、邴皓楠、葛思佳、王统、刘立东。DB 23/T XXXXXXXX 1 寒区桥梁结构监测技术标准 1 范围 本文件规定了寒区桥梁结构监测技术的术语和定义、总则、总体设计要求、传感器子系统设计、数据采集和传输子系统设计、数据管理子系统设计、数据分析与安全预警及评估子系统设计以及系统验收和维护。本文件适用于寒区各类桥梁建设期和运营期监测系统设计、实施和运行管理,主要包括:a)新建和既有的
5、各类公路桥梁;b)采用特殊结构、特殊材料、特殊施工工艺或具有特殊要求的桥梁;c)寒区其他桥梁结构监测亦可参照使用。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 24726 交通信息采集视频交通流检测器 GB/T 33697 公路交通气象监测设施技术要求 GB/T 38894 无损检测 电化学检测 总则 GB 50982 建筑与桥梁结构监测技术规范 JT/T 1037 公路桥梁结构监测技术规范 JTG/T H21 公路桥梁技术状况
6、评定标准 JTG/T 3310 公路工程混凝土结构耐久性设计规范 JTG 5120 公路桥涵养护规范 JTG/T 5122 公路缆索结构体系桥梁养护技术规范 公路长大桥梁结构健康监测系统试点建设技术指南 3 术语和定义 JT/T 1037 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。冰激振动 大面积冰排在风和水流的作用下对桥墩产生交变性的动冰荷载,并引起结构发生振动的现象。覆冰 水汽和雨滴在严寒情况下,凝聚粘附在结构或构件表面而形成冻结物的状态。结构可靠度 结构在规定的时间、规定的条件下,完成预设功能的概率。DB 23/T XXXXXXXX 2 4 总则 寒区桥梁结构监测技术考虑寒区环境对桥梁结构健
7、康状态和监测系统硬件使用寿命的影响。寒区桥梁结构监测技术具有先进性,与北斗卫星导航、5G 移动通信、人工智能、深度学习与大数据等新技术和新设备有机结合。桥梁结构监测系统满足安全性、稳定性、经济性和适用性,且易于施工、后期维护和升级扩容。桥梁结构监测系统与桥梁管理系统等外部系统相兼容,实现互联互通、数据共享。利用桥梁结构健康监测、桥梁建造施工全过程的监控和桥梁成桥荷载试验检测的数据集,为未来寒区桥梁结构监测技术的升级改进提供基础资料和参考基准。5 总体设计要求 一般规定 5.1.1 寒区桥梁结构监测内容考虑寒区环境对桥梁结构和监测系统硬件的影响,主要包括大温差、降雪、覆冰、冻融以及流冰。5.1.
8、2 监测内容应按照不同桥梁结构型式和监测应用目标进行规定,并分为应选监测项和宜选监测项。5.1.3 寒区桥梁结构监测系统应由传感器子系统、数据采集和传输子系统、数据管理子系统、数据分析与安全预警及评估子系统构成。5.1.4 桥梁结构监测系统的设计应综合考虑桥梁结构体系力学特性、荷载、偶然作用、监测需求、温湿度、冰激振动、冻融作用以及经费预算多方面因素,应优先选用技术成熟可靠的产品。5.1.5 桥梁结构监测系统硬件应具备保护措施,在正常维护和可更换条件下应与桥梁结构同寿命。5.1.6 桥梁结构监测应贯穿桥梁结构建设期和运营期,监测系统的更换、维护和升级应保障监测数据的衔接与分析的连续性。监测内容
9、 5.2.1 梁桥监测内容除应满足本文件中表 1 的规定外,还应符合 JT/T 1037 中关于梁桥监测内容的规定。表1 梁桥监测内容 监测类别 监测内容 监测选项 环境 温度和湿度 桥址区环境温度、湿度 主梁内温度、湿度a 覆冰 桥面覆冰 除冰盐 桥面系水体中氯离子浓度 冻融 下部结构局部温度、湿度及覆冰情况 风吹雪 视频图像 作用 结构温度 混凝土或钢结构构件局部温度 桥面铺装温度 冰撞击 撞击作用力 视频图像 桥墩、主梁横向振动加速度 结构响应 位移 主梁竖向位移 DB 23/T XXXXXXXX 3 表1 梁桥监测内容(续)监测类别 监测内容 监测选项 结构响应 应变 主梁关键截面应变
10、 振动 主梁竖向振动加速度 主梁横向振动加速度 桥墩顶部纵向及横向振动加速度 结构变化 裂缝 混凝土结构裂缝 腐蚀 墩身、承台混凝土氯离子浓度 墩身、承台混凝土氯离子侵蚀深度 注:为应选监测项,为宜选监测项。a 仅适用于封闭箱梁。5.2.2 拱桥监测内容除应满足本文件中表 2 的规定外,还应符合 JT/T 1037 中关于拱桥监测内容的规定。表2 拱桥监测内容 监测类别 监测内容 监测选项 环境 温度和湿度 桥址区环境温度、湿度 主梁内温度、湿度a 主拱内的温度、湿度b 覆冰 桥面覆冰、吊杆覆冰 除冰盐 桥面系水体中氯离子浓度 冻融 下部结构局部温度、湿度及覆冰情况 风吹雪 视频图像 作用 结
11、构温度 混凝土或钢结构构件温度 桥面铺装温度 冰撞击 撞击作用力 视频图像 桥墩、主梁横向振动加速度 结构响应 位移 主梁竖向位移 应变 主梁关键截面应变 主拱关键截面应变 振动 主梁竖向振动加速度 主梁横向振动加速度 主拱振动加速度 吊杆(索)振动加速度 索力 吊杆(索)力 系杆力 结构变化 变位 拱脚变位 裂缝 混凝土结构裂缝 钢结构裂缝 DB 23/T XXXXXXXX 4 表2 拱桥监测内容(续)监测类别 监测内容 监测选项 结构变化 腐蚀 墩身、承台混凝土氯离子浓度 墩身、承台混凝土氯离子侵蚀深度 注:为应选监测项,为宜选监测项。a 仅适用于封闭箱梁。b 仅适用于箱形拱。5.2.3
12、斜拉桥监测内容除应满足本文件中表 3 的规定外,还应符合 JT/T 1037 中关于斜拉桥监测内容的规定。表3 斜拉桥监测内容 监测类别 监测内容 监测选项 环境 温度和湿度 桥址区环境温度、湿度 主梁内温度、湿度a 索塔锚固区的温度、湿度 雨量 降雨量 覆冰 桥面覆冰、斜拉索覆冰 除冰盐 桥面系水体中氯离子浓度 冻融 下部结构局部温度、湿度及覆冰情况 风吹雪 视频图像 作用 结构温度 混凝土或钢结构构件温度 桥面铺装温度 冰撞击 撞击作用力 视频图像 桥墩、主梁横向振动加速度 结构响应 应变 主梁关键截面应变 索塔关键截面应变 振动 主梁竖向振动加速度 主梁横向振动加速度 主梁纵向振动加速度
13、 塔顶水平双向振动加速度 斜拉索振动加速度 索力 斜拉索索力 结构变化 裂缝 混凝土结构裂缝 钢结构裂缝 腐蚀 墩身、承台混凝土氯离子浓度 墩身、承台混凝土氯离子侵蚀深度 注:为应选监测项,为宜选监测项。a 仅适用于封闭箱梁。5.2.4 悬索桥监测内容除应满足本文件中表 4 的规定外,还应符合 JT/T 1037 中关于悬索桥监测内容的规定。DB 23/T XXXXXXXX 5 表4 悬索桥监测内容 监测类别 监测内容 监测选项 环境 温度和湿度 桥址区环境温度、湿度 主梁内温度、湿度a 主缆内的温度、湿度 锚室内的温度、湿度b 鞍罩内的温度、湿度 索塔内的温度、湿度 覆冰 桥面覆冰、主缆覆冰
14、、吊杆覆冰 除冰盐 桥面系水体中氯离子浓度 冻融 下部结构局部温度、湿度及覆冰情况 风吹雪 视频图像 作用 结构温度 混凝土或钢结构构件温度 桥面铺装温度 冰撞击 撞击作用力 视频图像 桥墩、主梁横向振动加速度 结构响应 应变 主梁关键截面应变 索塔关键截面应变 振动 主梁竖向振动加速度 主梁横向振动加速度 主梁纵向振动加速度 塔顶水平双向振动加速度 吊杆振动加速度 索力 主缆索力 吊杆力 结构变化 裂缝 混凝土结构裂缝 钢结构裂缝 腐蚀 墩身、承台混凝土氯离子浓度 墩身、承台混凝土氯离子侵蚀深度 注:为应选监测项,为宜选监测项。a 仅适用于封闭箱梁。b 仅适用于地锚式悬索桥。6 传感器子系统
15、设计 一般规定 6.1.1 传感器选型应符合下列要求:a)满足量程、测量精度、分辨率、灵敏度、动态频响特性、长期稳定性、耐久性、环境适应性和经济性要求;DB 23/T XXXXXXXX 6 b)用于寒区桥梁监测时,传感器应具有良好的耐寒性,其工作温度应能达到-40,极寒条件下应根据环境条件定制;c)在下部基础水位变动区不应选用外贴式表面传感器;d)传感器应具有抗震性、可维护和更换。6.1.2 传感器布点应符合下列要求:a)根据寒区环境、结构特点和监测功能确定;b)传感器的布置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;c)根据桥梁结构的受力特点,确定监测项目及监
16、测部位,对特殊、重要部位进行重点监测;d)传感器数量和设备能力应确保系统的可靠性,并满足系统升级的需求;e)传感器的布设工艺不能损伤桥梁主体结构。传感器的选择及监测方法 6.2.1 传感器的选择及监测方法除应满足本文件的规定外,还应符合 JT/T 1037 中关于监测方法的规定。6.2.2 环境监测方法应符合 GB 50982 和 GB/T 33697 的相关规定,且满足下列要求:a)环境温度监测宜采用热电偶、热电阻和光纤温度传感器,传感器量程上限宜超出大气温度年极大值 30以上,量程下限宜低于年极小值 20以上,最大允许误差0.5,分辨力小于等于0.1;b)环境湿度监测宜采用氯化锂湿度计、电
17、阻电容湿度计和电解湿度计,量程应为 0RH 100%RH(非凝露),最大允许误差2%RH;c)覆冰监测宜采用电容传感器、光纤传感器、超声波测试法和视频监测法,覆冰厚度监测分辨率宜小于等于 0.1mm;摄像机技术参数应符合 GB/T 24726 的相关规定。6.2.3 作用监测满足下列要求:a)结构温度监测宜采用热电偶、热电阻和光纤温度传感器,技术参数应符合 6.2.2.a 的规定;b)冰撞击监测宜采用伺服加速度传感器和视频图像法,所采用的摄像机技术应具备低照度、透雾功能,并符合 GB/T 24726 的相关规定。6.2.4 结构响应监测应符合 GB 50982 的相关规定,且满足下列要求:a)
18、应变监测宜采用电阻式应变传感器、振弦式应变传感器和光纤应变传感器,应变传感器满足下列要求:1)静态测试量程宜不小于预测最大值的 1.5 倍 3 倍,动态测试量程宜不小于预测最大值的 2 倍,分辨力应小于等于 1;2)应进行温度补偿。b)振动监测宜采用伺服加速度传感器、电容式加速度传感器和压电式加速度传感器,并满足下列要求:1)应根据桥梁整体结构及梁、塔和索结构的动力分析结果进行传感器选型;2)主梁、塔、主拱振动加速度传感器量程应大于计算分析振动响应最大值的 1.2 倍且不宜小于-2g +2g,横向灵敏度小于 1%,频响范围 0Hz 100Hz;3)悬索桥吊索、斜拉桥斜拉索、拱桥吊杆(索)等索构
19、件振动加速度传感器量程应大于计算分析振动响应最大值的 1.5 倍,且宜不小于-20g +20g,横向灵敏度小于等于 5%,频响范围 0Hz 100Hz。6.2.5 结构变化监测应符合 GB 50982 的相关规定,且满足下列要求:DB 23/T XXXXXXXX 7 a)裂缝监测宜采用裂缝测宽仪、振弦式裂缝传感器、电阻式裂缝传感器、长标距光纤等光纤式裂缝传感器和高清摄像机,裂缝监测传感器量程应大于裂缝宽度的 5 倍,测量最大允许误差不大于 0.02mm;b)腐蚀监测宜采用多电极传感器,技术参数应符合 GB/T 38894 的相关规定。传感器布点要求 6.3.1 传感器布点要求除应满足本文件的规
20、定外,还应符合 JT/T 1037 中关于监测测点布设的规定。6.3.2 环境监测布点满足下列要求:a)桥址区环境温度和湿度的监测测点宜布设在桥梁跨中位置,可根据桥梁结构类型、联长、跨径、构造增设监测测点;b)对于桥梁构件封闭空间,温度和湿度监测测点应布设于桥梁结构内、外温度或湿度变化较大和对温度、湿度敏感的部位,应根据截面温度梯度及结构整体升温和空间分布特点,布置在温度梯度变化较大位置,宜对称、均匀,同时宜与应变监测的温度补偿测点统一设计;c)桥面覆冰、风吹雪监测测点宜与车辆荷载视频监测测点同位置,缆、索覆冰监测测点可布设在近塔顶,吊杆覆冰测点可布设于主拱;d)除冰盐监测测点宜选择受除冰盐侵
21、蚀的典型区域和典型节点;e)下部结构冻融监测测点宜布设于水位变动区。6.3.3 作用监测布点满足下列要求:a)结构温度监测测点应根据桥梁结构温度场分布特点并结合结构类型、联长、跨径、构件尺寸、铺装体系和日照情况综合确定,宜与应变监测的温度补偿测点协同布设;b)冰撞击监测测点宜布设在有冰排撞击风险的水位变动区的桥墩顶部,视频监测测点宜在主梁上、下游两侧对称布设。6.3.4 结构响应监测布点满足下列要求:a)应变监测测点符合下列规定:1)主梁、索塔和主拱的静态和动态应变监测测点应选择受力较大的关键截面、部位布设;2)正交异性钢桥面板动态应变监测测点应选择在行车道车轮轮迹线对应位置,宜布设在顶板、U
22、 肋和横隔板;3)受力复杂的截面和部位,宜布设三向应变监测测点;4)钢混结合段宜布设应变监测测点,可布设在应变较大和应力集中处。b)结构振动监测测点符合下列规定:1)主梁竖向和横向振动监测测点应根据主梁振型确定,宜布设在振型峰值点处,避开振型节点;测点位置应至少包括主跨跨中和 1/4、3/4 主跨;主梁纵向振动监测测点宜布设在塔梁连接处或支座位置处;2)塔顶水平振动监测测点应在塔顶双向布设;3)索构件振动监测测点宜选择振动幅值大的悬索桥吊索、斜拉桥斜拉索和拱桥吊杆(索),对索面内和索面外均存在较大振动的情况可双向布设;4)梁桥桥墩纵向和横向振动监测测点应在桥墩顶部布设;5)主拱振动监测测点应根
23、据主拱振型确定,宜布设在振型峰值点处,避开振型节点;6)结构振动监测测点可采用模态功能法、特征向量乘积法、模态分量加和法、有效独立法、MinMAC 法或模态矩阵的 QR 分解法进行优化。6.3.5 结构变化监测布点满足下列要求:a)混凝土结构和钢结构裂缝监测测点应依据检测(查)结果确定测点位置和数量,宜对裂缝宽度和长度变化跟踪观测;DB 23/T XXXXXXXX 8 b)腐蚀监测测点宜布设在墩台水位变动、浪溅区的混凝土保护层内,测点位置、数量可根据氯离子浓度梯度测试要求确定。6.3.6 梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的监测测点布设图示见附录 A。7 数据采集和传输子系统设计 一般规定 7.1.1
24、 数据采集和传输子系统应包括数据采集硬件、数据采集软件、数据传输系统和配套工程,应具有数据采集、数据存储、数据访问、数据传输、数据处理、缓存管理和系统自诊断的功能。7.1.2 数据采集和传输的硬件选型、软件设计应与传感器类型和桥梁环境、作用、结构响应和结构变化相匹配。7.1.3 采集和传输设备硬件在安装前应进行检查、校准和测试。7.1.4 数据采集和传输子系统应能够在无人值守的情况下连续运行,满足长期稳定工作的要求。数据采集系统硬件设计要求 7.2.1 硬件设备安装的设计方案应避免损伤桥梁主体结构。7.2.2 数据采集设备应与传感器功能和数据采集软件功能相适配,考虑数据传输接口兼容、数据类型转
25、换、同步采集和实时传输。7.2.3 数据采集设备应满足室外工作需求,应能够保障系统在桥梁所处温湿度、振动、电磁干扰环境下连续稳定运行,对于无法适应环境温度的设备应配置温控机柜。7.2.4 数据采集设备应易于更换且不影响软件使用。7.2.5 投入使用的数据采集设备宜进行统一编号,并配备编号标签或二维码标签。数据采集系统软件设计要求 7.3.1 数据采集软件设计应人机交互友好,操作便捷流畅,宜采用统一的软件工具平台开发。7.3.2 数据采集软件应具备各类传感器信号的自动化采集、自动化存储和实时上传功能。7.3.3 数据采集软件应能够与现场监控中心工作站或数据中心进行通信与数据交换,并接受远程操控与
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