DB22∕T 5054-2021 市政桥梁结构监测系统标准.pdf
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1、 吉林省工程建设地方标准 市政桥梁结构监测系统标准 Municipal bridge structure monitoring system standard DB22/T 5054 -2021 主编部门:吉林省建设标准化管理办公室 批准部门:吉林省住房和城乡建设厅 吉林省市场监督管理厅 施行日期:2021 年 03 月 16 日 2021 长 春 吉林省住房和城乡建设厅 吉 林 省 市 场 监 督 管 理 厅 通 告 第 9 号 吉林省住房和城乡建设厅 吉林省市场监督管理厅 关于发布城镇道路泡沫沥青冷再生混合料技术 标准等 5 项吉林省工程建设地方标准的通告 现批准城镇道路泡沫沥青冷再生混合
2、料技术标准 城镇道路温拌橡胶改性沥青混合料技术标准 加热电缆地面辐射供暖技术标准 智慧工地全景成像测量标准 市政桥梁结构监测系统标准 为吉林省工程建设地方标准, 编号依次为: DB22/ T 50502021、DB22/ T 50512021、 DB22/ T 50522021、 DB22/ T 50532021、DB22/ T 50542021,自发布之日起实施。 吉林省住房和城乡建设厅 吉林省市场监督管理厅 2021 年 03 月 16 日 前 言 根据吉林省住房和城乡建设厅关于下达2020 年全省工程建设地方标准制定(修订)计划(一)的通知(吉建办20201 号)的要求,编制组会同有关单
3、位,经过调查、深入研究,依据国家相关标准,结合我省具体情况,制定本标准。 本标准的主要内容包括:1 总则;2 术语;3 基本规定;4 传感器子系统;5 数据采集子系统;6 数据传输子系统;7 数据存储管理子系统;8 预警评估子系统。 本标准由吉林省建设标准化办公室负责管理, 由长春市智慧城市科技有限公司负责具体技术内容的解释。 本标准在执行过程中,请各单位积极总结经验,积累资料,随时将有关意见和建议反馈给吉林省建设标准化办公室(地址:长春市民康路 519 号; 电话: 0431-88932615; 邮政编码: 130041, E-mail:) ,供今后修订时参考。 本标准主编单位:长春市智慧城
4、市科技有限公司 长春市市政工程设计研究院 本标准参编单位:清华大学 北京科技大学 大连理工大学 吉林大学 哈尔滨工业大学 长春市市政设施维护管理中心 长春市建筑工程质量检测中心 北京煜星科技股份有限公司 北京替帝西交通科技有限公司 中公实业工程咨询(吉林)有限公司 吉林省瑞凯科技股份有限公司 大连航天北斗科技有限公司 深圳市简测智能技术有限公司 上海隼星传感技术有限公司 本标准主要起草人员:张天申 班晓娟 任 亮 王伯昕 贾子光 马腾峰 陈小旭 邹 亮 宋 刚 王 霞 白 石 祝宇鸿 何丽莉 袁兆麟 马博渊 孙 健 李建国 李学颖 杜艳韬 刘召起 杨明山 王景鹏 姜志军 刘福生 陈春友 范文军
5、 赵立权 王 威 蔡 磊 公尚彦 赵一奇 过 一 王朝阳 杨加斌 刘 倩 孙立佳 本标准主要审查人员:周 毅 陶乐然 郭东伟 胡封晔 吕彦伟 李 华 王永光 目 次 目 次 1 总则 . 1 2 术语 . 2 3 基本规定 . 5 4 传感器子系统 . 7 4.1 一般规定 . 7 4.2 环境与荷载监测 . 7 4.3 结构整体响应监测 . 8 4.4 结构局部响应监测 . 9 4.5 材料性能监测 . 9 5 数据采集子系统 . 10 5.1 一般规定 . 10 5.2 采集设备 . 10 5.3 采集方式 . 11 5.4 采集模式 . 11 6 数据传输子系统 . 13 6.1 一般规
6、定 . 13 6.2 传输方式 . 13 6.3 传输方式选择 . 14 7 数据存储管理子系统 . 16 7.1 一般规定 . 16 7.2 数据处理 . 16 7.3 数据安全 . 17 7.4 数据库存储设计 . 17 7.5 数据管理 . 17 8 预警评估子系统 . 19 8.1 一般规定 . 19 8.2 数据展示 . 19 8.3 数据分析 . 20 8.4 安全预警 . 22 8.5 一级评估 . 23 8.6 二级评估 . 24 本标准用词说明 . 26 引用标准名录 . 27 附:条文说明 . 29 1 1 总 则 1.0.1 为规范市政桥梁结构监测,确保桥梁结构运营安全可
7、靠,制定本标准。 1.0.2 本标准适用于市政桥梁结构的监测系统。 1.0.3 市政桥梁结构监测系统除应符合本标准外, 尚应符合国家现行有关标准的规定。 2 2 术 语 2.0.1 市政桥梁 municipal bridge 城市范围内连接或者跨越城市道路、河流等,供车辆、行人通行的桥梁以及高架桥。 2.0.2 结构监测系统 structure monitoring system 由安装在桥梁上的传感器以及数据采集、传输、存储与管理等软硬件构成, 对桥梁的环境与荷载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。 2.0.3 环境与荷
8、载 environment and load 桥梁所在区域的自然环境参数与交通荷载,包括风、温度、湿度、地震、车辆荷载等。 2.0.4 结构局部响应 structural local response 在荷载作用下桥梁结构的应变、裂缝、索力、支座反力等。 2.0.5 结构整体响应 structural global response 在荷载作用下桥梁结构的振动、位移、变形和倾角等。 2.0.6 集中采集 centralized data collection 数据采集设备集中且数据采集统一的一种数据采集方式。 2.0.7 分布采集 discrete data collection 数据采集设备
9、分散且数据采集不统一的一种数据采集方式。 2.0.8 混合采集 hybrid data collection 数据采集设备包含集中和分布的一种数据采集方式。 2.0.9 模拟信号 analog signal 模拟信号是指信息参数连续变化的信号。 2.0.10 数字信号 digital signal 数字信号是自变量因变量为离散的信号。 3 2.0.11 有线传输 wire transmission 在两个通信设备之间通过有形介质, 将信号从一方传输到另一方的技术。 2.0.12 无线传输 wireless transmission 在两个通信设备之间不使用任何有形介质, 而是通过空间传输的一种
10、技术。 2.0.13 同步传输 synchronous transmission 发送方和接收方的时钟是统一的、 字符与字符间的传输是同步无间隔的数据传输方式。 2.0.14 异步传输 asynchronous transmission 不要求发送方和接收方的时钟完全一样, 字符与字符间的传输是异步的数据传输方式。 2.0.15 数据库 database 长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。 2.0.16 预警值 alarming value 对桥梁结构在施工过程、 运营环境下可能出现的不同程度的异常或危险,所设定的各监测点监测参数的警戒值。 2.0.17 预警 early wa
11、rning 监测系统在监测数据特征值超过预警值时, 发出异常情况警告的行为。 2.0.18 模态参数 modal parameter 结构的固有动力特性,包括结构的自振频率、阻尼比和模态振型。 2.0.19 模态参数分析 modal parameter analysis 对监测的桥梁结构响应及外部激励数据, 采用模态识别方法获得结构模态参数。 2.0.20 模型修正 model updating 依据相关测试结果, 利用有效手段修正结构有限元模型中的参数,使所建立的有限元模型尽可能地反映结构的真实状态。 4 2.0.21 损伤识别 damage identification 基于所测量的结构响
12、应数据,分析结构物理参数的变化,进而识别结构损伤的过程,其中包括疲劳裂纹、支座损伤、索损伤、混凝土开裂、腐蚀等损伤识别。 2.0.22 一级评估 evaluation:level 1 将各类传感器监测数据特征值与预先设计计算分析确定的容许值进行对比,分析结构状态的过程。 2.0.23 专项检查 special inspection 使用专业技术手段为实现特定目的而开展的桥梁检查活动。 2.0.24 二级评估 evaluation:level 2 在一级评估的基础上,进行结构损伤识别、模型修正,判断结构性能状态等级的过程。 5 3 基本规定 3.0.1 监测系统应具有传感器子系统、数据采集子系统
13、、数据传输子系统、数据存储管理子系统、预警评估子系统,并通过系统集成技术将各个子系统集成为协调运行的整体。 3.0.2 监测系统设置除应满足国家现行有关标准规定外, 还应符合下列规定: 1 依据现行行业标准城市桥梁养护技术标准CJJ99 的规定,属于 I 类养护类别的桥梁应设置结构监测系统; 2 依据现行行业标准城市桥梁养护技术标准CJJ99 的规定,经现场重复荷载试验其结果属于 D 级或 E 级,继续运营的桥梁应设置结构监测系统; 3 跨越铁路、轨道、城市主干道、江河以及互通立交等重要节点桥梁宜设置结构监测系统; 4 主要承重构件采用新技术、新材料、新工艺建设,需要对其结构随时间、 环境因素
14、变化进行研究的桥梁宜设置结构监测系统。 3.0.3 监测系统应设定监测预警值, 监测预警值应满足桥梁设计及被监测对象的控制要求。 3.0.4 监测数据和预警信息应实时在线显示, 并可将预警信息传送给运维管理人员。 3.0.5 监测系统应立足于长期规划, 涵盖桥梁结构的建设及运营整个寿命周期,综合考虑施工监测、运营监测的功能需求,具有连续性和长期性。 3.0.6 监测系统硬件应满足季冻区气候条件, 具有抗低温工作性能。 3.0.7 监测系统软件应技术先进、 稳定可靠、 操作简单、 经济适用、便于维护和扩展升级。 6 3.0.8 监测系统应根据系统整体要求,确保各个子系统的协调性、数据传输可靠性、
15、系统整体稳定性、环境适应性、可扩展性以及对其它系统平台的兼容性。 3.0.9 对需要进行大修、加固及改扩建的市政桥梁,宜同步实施监测系统。 3.0.10 监测系统实施不应影响桥梁结构承载能力,不应对桥梁结构造成损坏。 3.0.11 监测系统的维护与管理应由专业运维团队负责。 7 4 传感器子系统 4.1 一般规定 4.1.1 传感器子系统由环境与荷载监测、结构整体响应监测、结构局部响应监测和材料性能监测传感器构成, 应实现对桥梁环境参数、车辆荷载参数、结构响应和性能的测量。 4.1.2 传感器的选择应符合以下原则: 1 传感器应满足测量精度、分辨率、灵敏度、量程、频响特性等要求,应根据项目具体
16、要求及实际应用条件,选择具有良好耐久性、长期稳定性及抗干扰能力的传感器类型; 2 应根据桥梁结构状态、体系和形式以及经济条件,并结合桥梁监测中具体内容和目的选择适宜的传感器类型和数量; 3 宜选择具有温度补偿功能的传感器。 4.1.3 传感器的布置应按以下原则: 1 应基于力学分析结果,将传感器布置在结构静动力响应较大及易损伤位置; 2 测得的数据应能充分并准确地反映结构的动力特性; 3 宜在结构的既有损伤及缺陷位置,增设传感器并进行重点监测; 4 可合理利用结构的对称性原则,达到减少传感器的目的; 5 传感器便于安装和更换,减少信号的传输距离。 4.2 环境与荷载监测 4.2.1 风环境监测
17、包括风速、风向、风压监测;风速风向监测宜选用三向超声风速仪或机械式风速仪; 风压监测宜选用陶瓷型或扩散 8 硅型微压差传感器; 处于大风影响区域的桥梁宜选择三向超声风速仪;风速仪宜布设在桥面两侧、塔顶、拱顶等位置,能够监测自由场风速。 4.2.2 地震动监测宜选用强震动记录仪或三向加速度传感器, 应符合地震动监测相关标准的要求;对于大跨径桥梁,宜考虑地面运动的非一致性。 4.2.3 温度监测包括环境温度监测及结构温度监测, 宜采用热电偶、热电阻或光纤光栅温度传感器等, 其中结构温度监测传感器应结合桥梁设计规范或有限元模拟结果确定布设位置。 考虑我省温度变化剧烈,传感器量程宜大于年极值温度的 1
18、.5 倍。 4.2.4 湿度监测宜选择氯化锂湿度计、电解湿度计、电阻电容湿度计等,应布设在桥梁湿度变化较大的部位以及对湿度敏感的构件。 4.2.5 车辆荷载监测宜采用动态称重设备, 传感器参数和安装要求应符合动态公路车辆自动衡器GB/T 21296 相关规定。 4.2.6 降雨量监测宜选用电容雨量计、红外散射式雨量计、单翻斗雨量计,监测测点宜布设在桥梁开阔部位。 4.3 结构整体响应监测 4.3.1 结构整体振动监测应选用加速度传感器, 根据桥梁结构动力计算分析结果,考虑传感器重量、频率响应和灵敏度等因素,选用压电式、伺服式、电容式等加速度计。 4.3.2 结构整体位移和变形监测应选用位移计、
19、 倾角传感器以及北斗系统等,变形测点应反映桥梁结构整体性能变化,包括跨中竖向位移、斜拉桥主塔塔顶水平位移、悬索桥主缆关键位置空间位移、桥梁轴线方向连续变形等。 9 4.4 结构局部响应监测 4.4.1 应变监测应选用电阻应变传感器、 振弦式应变传感器和光纤光栅应变传感器等, 应根据被测结构在施工和运行阶段的环境条件进行选择。应变监测应进行温度补偿,考虑我省四季温度变化范围极大,可采用具有温度自补偿功能或低温度灵敏度的传感器。 4.4.2 索力监测应选用磁通量传感器、加速度传感器(振动法) 、压力传感器和光纤光栅应变传感器等。 应根据拉索主要参数选择有代表性、索力较大、拉索应力变化较大的拉索进行
20、监测。 4.4.3 裂缝监测应选用光纤类位移计、振弦式测缝计、应变式测缝计等,宜与量测、检测等方式相结合,对既有裂缝及可能发生开裂的区域进行监测。 4.4.4 支座反力监测宜选用测力支座; 宜选择容易出现横向失稳发生倾覆性破坏的独柱桥梁、弯桥,以及基础易发生沉降、存在负反力等桥梁的关键支座。 4.5 材料性能监测 4.5.1 腐蚀监测可选用沿混凝土保护层深度安装的多电极传感器,传感器应能分辨腐蚀类型,测定腐蚀速率。监测位置应结合结构特点、特殊部位、连接位置的腐蚀速率等因素确定。 4.5.2 疲劳监测可选用三向应变传感器, 根据结构计算分析和结构易损性分析结果布设在易于或已出现疲劳破坏初期征兆的
21、部位。 10 5 数据采集子系统 5.1 一般规定 5.1.1 数据采集子系统由数据采集设备、数据采集软件构成,应实现传感器数据同步采集,确保获得高精度、高品质、不失真数据。 5.1.2 数据采集设备应选择兼容性、耐久性和适应性好的产品,且能够与传感器性能匹配。 宜选择具有多类型传感器同步采集功能的设备。 5.1.3 数据采集设备应具备对数据进行预处理的功能, 数据预处理宜实现对信号进行滤波、降噪、截取和异常值处理等功能,提高信噪比。 5.1.4 应根据传感器系统空间分布与现场具体条件, 选择合理的采集方式和采集模式。 5.1.5 数据采集站应满足防水、防尘、防雷、防损坏等基本要求,天气寒冷时
22、,宜采取保温加热措施。 5.1.6 数据采集软件应与数据管理系统稳定、可靠地通信,可本地或远程调整设备配置, 可通过标签数据库或本地配置文件进行信息读取。 5.2 采集设备 5.2.1 数据采集设备应根据传感器类型及信号传输方式, 结合精度、分辨率、兼容性、同步性等要求进行选型。 5.2.2 模拟信号宜选用基于 D 型、 BNC、 XLR 等接口的采集设备;数字信号宜选用基于 CAN、串行接口、RJ45、PCI、PCIE、USB等总线采集设备。 11 5.2.3 光信号数据采集设备应根据光纤传感器的种类、数量、波长范围、信号特征及系统对信号调理的要求,选用合适的信号调理设备,并保持与数据传输和
23、存储管理接口的兼容。 5.2.4 数据采集设备宜具有自校准功能。 使用无自校准功能的设备时应按要求进行定期校准。 5.3 采集方式 5.3.1 应根据桥梁的规模、测点位置和数量、监测设备类型,合理设计数据采集方式,可采用集中采集、分布采集、混合采集三种方式。 5.3.2 当传感器子系统空间分布较集中、 传感器网络与采集站的距离较近时宜采用集中采集。 5.3.3 当测点和采集设备较多, 各监测部位相距较远且相对分散时,宜采用分布采集。 5.3.4 当同一桥梁结构监测中传感器子系统空间分布较为分散时,总体可设置多个子采集站进行分布采集, 同时在某些局部采用集中采集。 5.4 采集模式 5.4.1
24、数据采集模式应根据桥梁结构监测的功能需求、 监测变量类型,以及数据采集设备的采样频率、运算处理、数据传输和存储等方面的性能合理制定。 5.4.2 桥梁结构监测的采集模式包括定时采集、触发采集、连续采集、混合采集等。混合采集是指采用定时采集和触发采集相结合的方式,当监测变量未出现异常时,采用定时采集,当监测变量超过预警值时,采用触发采集。 12 5.4.3 温度、湿度、雨量等环境监测变量,以及结构静态位移、静态应变、索力、腐蚀等结构整体与局部响应监测变量,应采用定时采集模式。 5.4.4 风速风向、风压、地震作用、车辆荷载等环境与荷载监测变量,以及加速度、动态位移、动态应变等结构整体与局部响应监
25、测变量,应采用触发采集模式。触发预警值应根据桥梁结构形式以及受力特点确定。 5.4.5 桥梁通车初期 3 年内, 以及桥梁安全评估结果发现结构存在较大损伤或关键构件异常时,宜采用连续采集模式。 13 6 数据传输子系统 6.1 一般规定 6.1.1 数据传输子系统由数据传输设备与线缆、 数据传输软件构成,应具备对来自数据采集子系统的各种数据予以接收、传输的能力。 6.1.2 数据传输子系统应坚持因地制宜的原则, 并综合考虑数据传输距离、工程各阶段特征和工程现场地形条件、网络覆盖状况、已有的通信设施等因素,灵活选取合适的数据传输方式。 6.1.3 数据传输的硬件应能保证监测系统各组成部分间的物理
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