DB23_T 3633—2023城市桥梁集群结构健康监测系统技术规程.pdf
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1、ICS 91.140.01 CCS P28 黑龙江省地方标准 DB 23/T 36332023城市桥梁集群结构健康监测系统技术规程 2023-11-30 发布2024-02-29 实施黑龙江省市场监督局 黑 龙 江 省 住 房 和 城 乡 建 设 厅 联合发布 DB 23/T DB 23/T 36332023 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 基本规定.2 5 系统设计.3 6 系统实施.8 7 系统验收.10 8 系统运维.10 DB 23/TDB 23/T 36332023 II 前 言 本文件按照GB/T 1.1-2020 标准化工作导
2、则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本标准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。本文件由黑龙江省住房和城乡建设厅提出并归口。本文件起草单位:哈尔滨工业大学、龙建路桥股份有限公司、黑龙江省公路建设中心、黑龙江工程学院、中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司、哈工(青岛)交通智能装备科技有限公司、济南黄河路桥建设集团有限公司、黑龙江省龙建路桥第一工程有限公司、黑龙江省龙建路桥第五工程有限公司、国能朔黄铁路发展有限责任公司、青岛市交通科学研究院、浙江数智交院科技股份有限公司、青岛交通发展集团有限公司、青岛市市政工程设计研究院有限责任公司、山东高速畅通路桥工
3、程有限公司、青岛交发高速建设投资有限公司、齐齐哈尔市人防指挥信息保障中心、青岛市黄岛区交通运输局、哈尔滨鹏博普华科技发展有限责任公司、中国铁塔股份有限公司黑龙江省分公司、中铁十二局集团第七工程有限公司、中铁二十二局集团电气化工程有限公司。本文件主要起草人员:刘洋、孙明刚、姜在阳、周正、潘可耕、常亮、宁长远、高庆飞、李忠龙、鲁洪强、袁杰、宋夫才、史陈鹏、杨亚宁、边慧、王永亮、徐浩、韩令奇、白国亮、孙超、闫啸坤、李长平、郭斌强、史伟鉴、宋力强、刘振、郑华、王心智、池波、于连平、王召强、董凯智、李广亮、张思远、路巍、姜晓岩、韩玉超、李桂相、李庆剑、陈秀艳。DB 23/T DB 23/T 363320
4、23 1 城市桥梁集群结构健康监测系统技术规程 1 范围 本文件规定了城市桥梁集群结构健康监测系统的术语和定义、基本规定、系统设计、系统实施、系统验收、系统运维等内容。本文件适用于黑龙江省各类城市桥梁集群结构健康监测系统的设计、实施、验收及运维管理,主要包括:a)新建、改扩建和既有的各类城市桥梁集群结构;b)大型单体桥梁结构亦可参照使用。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 20273 信息安全技术数据库管理系统安全技术
5、要求 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50017 钢结构设计标准 GB 50982 建筑与桥梁结构监测技术规范 CJJ/T 233 城市桥梁检测与评定技术规范 JT/T 1037 公路桥梁结构监测技术规范 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。3.1 城市桥梁集群 city bridge cluster 在同一城市区域或同一城市路网内,3 座及以上具有相似结构型式、相似荷载、相似运营环境的桥梁形成的结构群体,包括连续桥梁集群或非连续桥梁集群,简称桥梁集群。3.2 城市桥梁集群结构健康监测 structural health monitoring
6、for city bridge cluster 利用安装在桥梁结构上的传感器以及数据采集、传输、处理与管理等软硬件设备,对城市桥梁集群结构的荷载、响应及性能进行测量、收集、处理、分析,以实现对城市桥梁集群结构健康状态的把控。3.3 城市桥梁集群结构健康监测系统 structural health monitoring system for city bridge cluster DB 23/TDB 23/T 36332023 2 为多座桥梁实现集成化的实时远程在线监测与管理而建立的群体桥梁结构健康监测系统,包含传感子系统、数据采集与传输子系统、数据存储子系统、用户端子系统等部分,以下简称为集群
7、监测系统。3.4 监测指标 monitoring indicators 直接或间接描述桥梁结构监测目标演变过程的可侦测量,是反映桥梁集群结构运营状态的一种数值本征。3.5 传感器优化布置 optimal sensor placement 根据特定应用场景的需求,通过合理确定传感器的位置、数量和安装方式,使传感器监测效果达到最大化的过程。3.6 风险诊断与预警 risk diagnosis and early warning 利用监测数据分析桥梁结构物理参数的变化对桥梁集群结构运营过程中存在的风险进行识别,并进行预警的过程。3.7 交叉验证 cross validation 选择集群内任一桥梁作
8、为参考桥梁,与其他桥梁的监测信息进行比对识别,并将集群内其它桥梁循环作为参考桥梁,把所有参考组的识别信息相融合,最终决策出损伤桥梁和损伤位置的过程。4 基本规定 4.1 需建立监测系统的桥梁集群选取原则应符合下列规定:a)根据 CJJ/T 233 相关规定,存在运营状态较差的桥梁;b)交通量较大或具有重载交通;c)存在大跨径桥梁;d)存在重要的跨线桥梁;e)50%数量的桥梁结构服役年限超过 20 年;f)存在桩基位于岛状冻土区的桥梁。4.2 桥梁集群内需监测的单体桥梁,应符合下列规定:a)4.1 中各款规定对应的桥梁;b)结构型式相同或相似的桥梁;c)采用特殊结构、特殊材料、特殊施工工艺或具有
9、特殊要求的新建桥梁;d)荷载等级提高或经结构加固的桥梁。4.3 集群监测系统的设计应满足可靠性、先进性、开放性、可扩展性和经济性的基本原则。DB 23/T DB 23/T 36332023 3 4.4 集群监测系统的监测方案应根据监测要求进行设计,结合集群结构特点、项目监测目的、单体桥梁所处场地条件、当地工程经验以及监测指标精度等要求综合确定。4.5 集群监测系统应选择具有针对性的监测指标,使用相应的传感器采集单体桥梁的监测数据,传输、存储至统一的监控中心进行分析与处理。4.6 集群监测系统的硬件与软件部分应符合以下规定:a)硬件具有适当的保护措施和可维护性,运用成熟、可靠的数据处理与分析技术
10、采集、存储数据,定期进行检定和校准;b)软件与硬件相匹配,具有兼容性、可扩展性、易维护性和良好的用户使用性能。4.7 集群监测系统的预警阈值应根据桥梁结构性能长期变化规律,结合与结构安全性、适用性、耐久性相应的限值要求综合制定。4.8 集群监测系统应在实施前制定实施方案,集群监测系统的安装不得影响桥梁主体结构安全及整体美观。4.9 集群监测系统安装完成后,应由管理房组织专业技术人员对系统硬件与软件进行验收。4.10 桥梁结构运营期间,应对集群监测系统采取保护措施,并定期对集群监测系统设施进行巡视和维护。4.11 集群监测系统运行期间,监测数据信息安全应符合 GB/T 20273 的相关规定。5
11、 系统设计 5.1 一般规定 5.1.1 集群监测系统应结合 GB 50010、GB 50017 中结构设计的基本要求进行专项设计。5.1.2 应对静态以及动态监测指标进行设计,监测指标的选择应满足对桥梁结构状态进行监控、预警及评价的要求。5.1.3 集群监测系统应具备下列基本功能:a)环境、交通荷载及结构响应的实时监测功能;b)现场及远程网络数据通信功能;c)监测数据的存储、管理及备份功能;d)监测数据的异常报警功能;e)结构风险诊断与预警功能;f)监测结果的报表生成功能;g)自检与自诊断功能;h)网络安全防护功能;i)防雷及抗干扰功能;j)断电保护功能。5.1.4 系统硬件及软件应方便更新
12、或升级,更新或升级前后的数据应具备连续性与一致性。5.2 系统总体架构 DB 23/TDB 23/T 36332023 4 5.2.1 集群监测系统总体架构宜按省级、地市级、区县级进行等级划分,上级监测系统与下级监测应统筹兼顾。5.2.2 集群监测系统的硬件空间拓扑结构应符合以下规定:a)集群内相同或相似桥梁结构传感器测点布设具备数据的互补性,满足数据交叉验证的需求;b)根据集群内桥梁的结构特征、监测需求、传感器布设位置和数量、硬件设备条件等,传感器测点与数据采集设备之间的空间分布满足表 1 的要求。表1 硬件空间分布要求 实际情况 空间分布方式 适用条件 设备集中、测点少、传输距离近(10
13、km)集中采集 中小跨径桥梁全区域或大跨径桥梁的特定部位监测采用 设备分散、测点多、传输距离远(10 km)分散采集或混合采集 桥梁结构群、大跨径桥梁结构全域监测采用 c)集群内的数据采集设备与监控中心之间的线路布设拓扑应依据监测系统具体需求、传感器类型、传输距离衰减性能、各级采集设备的传输能力以及施工现场条件等进行综合设计。5.2.3 各级集群监测系统的软件应具备兼容性,上级系统应具备对下级系统远程控制以及监测数据信息调用、交互、处理、分析的功能。5.3 传感子系统 5.3.1 集群监测系统中传感器选型应根据桥梁集群结构特点以及监测项目需求确定,并符合下列规定:a)选用性能稳定可靠、精度高、
14、抗干扰强、耐久性好的传感器;b)根据外部气候环境与性能需求选择具有温度补偿功能的传感器;c)符合GB 50982中的相关规定。5.3.2 传感器的性能参数应根据监测需求合理确定,并符合下列规定:a)传感器的日常使用范围为满量程的 20%80%,且最大工作状态点不超过满量程;b)满足监测桥梁结构响应所需的线性度要求;c)具有高灵敏度和信噪比;d)具有清晰的分辨率;e)迟滞误差满足监测要求;f)具有稳定的可重复性;g)传感器零漂小于满量程的 1%;h)供电方式根据实际情况和监测要求确定;i)满足桥梁结构实际使用环境的要求。5.3.3 传感器子系统的设计应符合以下规定:a)监测数据对桥梁结构静力响应
15、、动力响应、交通及环境荷载等信息变化较为敏感;b)测得的数据能够准确地反映结构的动力特性;c)测得的参数能够与理论分析结果建立起对应关系;d)在结构响应最不利处、敏感区域或已损伤处布置传感器;e)合理利用桥梁集群结构的对称性进行传感器优化布置;DB 23/T DB 23/T 36332023 5 f)传感器的测点布设便于安装和更换;g)传感器的测点位置能够减少信号的传递距离。5.3.4 传感子系统的环境与交通荷载、结构响应等监测项目除应满足表 2 的要求外,还应符合 JT/T 1037中的相关规定。表2 传感子系统的监测项目选择 序号 类别 项目 单体桥梁结构类型 梁桥 拱桥 斜拉桥 悬索桥
16、1 交通与环境荷载监测 交通荷载 2 地震荷载 3 冰荷载 4 温度荷载 5 湿度荷载 6 风荷载 7 桥梁结构响应监测 振动 8 动力特性 9 变形 10 应力 11 缆索、吊杆力 12 裂缝 13 基础沉降 14 桥墩撞击 15 基础冲刷 16 支座变位 注:“”为必选监测项,“”为非必选监测项,“”为不监测项。5.3.5 交通与环境荷载监测点布设应符合下列规定:a)交通荷载监测点布设在路基或有稳定支撑的混凝土结构铺装层内;b)在桥岸地表区域内,地震监测点布设于近桥址场地处;c)在水体区域内,地震监测点布置于人可到达的索塔和桥墩底部或承台顶部;d)在易受撞击的江河通航桥跨处,布置冰荷载、船
17、只监测点;e)温度监测点根据截面温度梯度及桥梁结构整体升、降温和空间分布特点,通过有限元模拟或参考相关桥梁设计规范确定测点位置,布设在主梁跨中、索塔、拱圈、主缆等关键截面;f)局部温度监测选用点式传感器,温度梯度或温度场监测选用分布式传感器;g)对于中小跨径桥梁,湿度监测点不少于两个,且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部或外部;h)对于大跨径桥梁,湿度监测点布设在桥面上、钢结构箱梁内、斜拉桥的斜拉索锚固区、悬索桥的锚室内或主缆及鞍罩内;i)风荷载监测点选择在主梁侧面、塔顶、拱顶,对自由场风速和风向进行监测;DB 23/TDB 23/T 36332023 6 j)对风敏感的
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