【正文】 橋 590 中國濱州黃河大橋 斜拉橋 84+300+300+84 中國松花江大橋 斜拉橋 主跨 365 中國重慶大佛寺長江大橋 斜拉橋 198+450+198 中國蕪湖長江大橋 斜拉橋 180+312+180 中國東營黃河大橋 斜拉橋 ++288++ 中國柳州三門江大橋 斜拉橋 100+160+100=360 中國潤揚大橋 斜拉橋 +406+ 中國淮安大橋 斜拉橋 152+370+152 中國汀九橋 斜拉橋 127+448+475+127 中國香港汲水門橋 斜拉橋 160+430+160 中國香港橋梁結構健康監(jiān)測不只是對傳統(tǒng)橋梁檢測技術的簡單改進，而是運用現(xiàn)代的傳感與通訊技術，實時監(jiān)測橋梁運營階段在各種環(huán)境荷載條件下的結構相應與行為，獲取反映結構狀態(tài)和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結構的健康狀態(tài)、評估結構的可靠性，為橋梁的管理與維護提供科學依據(jù)。由于運營中的橋梁結構及其環(huán)境所獲得信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，而且可以提供有關結構行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息，因此橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和某種特定橋梁設計的反思，它還可能并成為橋梁研究的現(xiàn)場實驗室。健康監(jiān)測技術的成功開發(fā)與應用將起到確保橋梁安全運營、延長橋梁使用壽命的作用，同時通過早期橋梁病害的發(fā)現(xiàn)能大大節(jié)約橋梁的維修費用，可以避免最終頻繁大修關閉交通所引起的重大損失。相比橋梁設計理論和建設技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的橋梁測試技術相對落后；為了適應上述發(fā)展，橋梁的長期在線健康監(jiān)測技術逐漸發(fā)展起來。因此橋梁健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測加結構評估新技術，而是被賦予了結構狀態(tài)監(jiān)控與評估、設計理論驗證和設計規(guī)范的研究與發(fā)展三方面的意義。對于新建橋梁，在考慮在施工過程中就引入健康檢測理念，并根據(jù)大橋施工進度進行安裝調試。各個橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)，既可獨立運行，又能夠提供向上的接口，集成到上級監(jiān)控中心的系統(tǒng)里面，最終實現(xiàn)集中、分權、分域管理的模式。4）根據(jù)結構易損性分析的結果及養(yǎng)護管理的需求進行監(jiān)測點的布設。9）系統(tǒng)應具有可擴展性。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案11四、監(jiān)測項目及監(jiān)測方法 監(jiān)測方案的特殊要求李家沱長江大橋為大跨徑雙索面混凝土斜拉橋，建成時間較長，在多種因素作用下出現(xiàn)了部分病害。（1）主梁豎向撓度變形觀測：采用了基于連通管液位測量原理的靜力水準儀，沿重慶李家沱長江大橋的主梁安裝連通管，并在關鍵位置引出支管，安裝11 個精密液位計（不動點 1 個，布置在交接墩主梁跨中處） 。安裝時將精密液位計設置在被測點，液位罐設置在不動點（水平基點） ，并用連通管連接。其儀器主要技術 SENHOR光纖光柵靜力水準儀重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案14參數(shù)見下表：表 靜力水準儀參數(shù)表項目 參數(shù) 標準量程 0100 mm 測量精度 1‰ .分 辨 率 （在與 SEN01 解調儀配套情況下）波長范圍 1525nm～1565nm尺 寸 Ф90200mm連接方式 FC/PC 或熔接外 封 裝 不銹鋼外殼鎧裝引線安裝方式 打孔或焊接安裝溫度補償形式 自補償使用溫度 30℃～85℃（2）主梁縱向位移監(jiān)測：主梁縱向位移監(jiān)測也是對大橋伸縮縫伸縮量的實時監(jiān)測，是大橋健康監(jiān)測的一項重要內容。本項目通過測量主橋主梁梁端與相鄰引橋梁端上固定點之間的距離變化來測定主梁縱向位移變化規(guī)律，梁端各設 2 個測點，共計 4 個測點，采用 SEND2 拉線式位移傳感器，其主要技術參數(shù)為：表 拉線式位移傳感器參數(shù)表項目 參數(shù)標準量程 0 1 m測量精度 5‰ .分 辨 率 1 mm（在與 SEN01 解調儀配套情況下）波長范圍 1525nm～1565nm尺 寸 10330 mm連接方式 FC/PC 或 熔接溫度補償形式 自補償重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案15使用溫度 30℃～85℃本橋主梁縱向位移測點布置如圖 所示：圖 主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器布置示意圖 索塔位移監(jiān)測索塔作為索支承橋梁的主要承重構件，其剛度遠大于柔性的斜拉索和橋面主梁。傳感器底座通過焊接或打孔安裝，此系統(tǒng)具有自動溫度補償功能。 測量精度 177。同時, 通過控制點上的應力和應變狀態(tài)的變異,檢查結構是否有損壞或潛在損壞的狀態(tài)。每個截面上布置 5 個正應力監(jiān)測點。其測點布置情況如圖 所（ 主梁應力測點 ）（ 橫隔板應力測點）（ 主梁應力測點）（ 橫隔板應力測點）重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案18示。圖 SENS1 表面安裝式光纖光柵應變傳感器表 光纖光柵應變傳感器技術參數(shù)表項目 參數(shù) C DBA重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案19標準量程 177。全橋測量截面布置情況如圖 所示。 索塔溫度監(jiān)測索塔溫度分布測量主要是指測量索塔在日照條件下，各塔壁的溫度差異，以便對索塔由塔壁溫度差引起的索塔偏移有一個正確的估計。橋梁結構的受損和安全性降低主要是由于橋梁主要構件和結構的疲勞損傷的累積結果，而橋梁結構疲勞損傷主要是由于動荷載作用下的交變應力作用的結果。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案21影響主梁振動特性的主要因素是主梁結構本身的剛度、質量分布、阻尼等，同時環(huán)境溫度、斜拉索索力、交通狀況、索塔振動、風況等對主梁的振動特性也有影響。該類型加速度計具有精度高、靈敏度高、抗干擾、壽命長等優(yōu)點，可與其他類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)，主要用于大橋、大壩、大型結構等低頻振動監(jiān)測。全橋共布置加速度傳感器 26 個。在斜拉橋的運營期內，準確掌握斜拉索索力分布和索力變化有助于監(jiān)測斜拉索的狀態(tài)、分析索力對斜拉橋結構內力的影響和正確指導索力校正，并作為進一步監(jiān)測的依據(jù)。監(jiān)測索的選取根據(jù)近 3 年檢測的索力現(xiàn)狀、結構靜動力分析和重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案24結構設計要素綜合確定。 振動頻率法監(jiān)測索力基本原理振動頻率法間接測量斜索索力的基本原理是將斜索視為弦在一個平面內的振動，建立斜索自振頻率與斜索張力間的函數(shù)關系，通過斜索的環(huán)境激勵響應分析斜索自振頻率，再利用這一函數(shù)關系求取斜索索力。圖 索力測試布置圖重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案25 風速風向監(jiān)測 監(jiān)測意義風速的大小對橋梁結構的受力狀況具有很大的影響，它是大跨度橋梁的主要荷載源，同時也會影響大橋的正常運營。HFY1A 風向風速儀的主要技術參數(shù)：測量范圍：0～60 m/s；0176。5176。通過安裝風速風向實時監(jiān)測系統(tǒng)，能了解橋址處環(huán)境風力、風向變化情況，為分析橋梁的工作環(huán)境、評價行車安全狀況、驗證橋梁風振理論提供依據(jù)。提供成果：測點布值、測量方法、測量值、并判斷橋墩是否出現(xiàn)傾斜、滑動、沉降現(xiàn)象發(fā)生，其變形是否超過規(guī)范值，給出評估結論。以上內容應每月進行一次檢查，主要采用目測的方法，也可配以簡單工具進行測量。 另外，觀察橋梁結構有無異常變形，異常的豎向振動、橫向擺動等情況，并檢查各部件的技術狀況，查找異常原因。支座檢查可以每季度進行一次，形成文字及圖片記錄，評估支座的工作狀態(tài)。 斜拉索索力測量要求如下：測量方法：頻率法進行測定；測量周期：每年進行一次；測量范圍：全部斜拉索；提供數(shù)據(jù)：斜拉索索力；與設計索力、竣工最后一次調索索力、歷年測試索力的比較；索力變化的評估。(3) 數(shù)據(jù)采集軟件應具有數(shù)據(jù)采集和緩存管理功能，并能對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行基本的統(tǒng)計運算，以便顯示相應信息。(6) 當系統(tǒng)的一個或多個部分暫時斷電時，系統(tǒng)的各個部分應無需人為干涉即可自動重新啟動、同步校準和繼續(xù)正確運行，并保留斷點信息?！鎽?分辨率：1με；測量精度：177。10%，50Hz電子參數(shù)數(shù)據(jù)接口 10M 以太網(wǎng)口、RS232 串口、USB 口工作環(huán)境 0～40℃環(huán)境參數(shù)工作濕度 0～80% 無結露 索力采集子系統(tǒng)索力采集子系統(tǒng)主要由 JMM268C 數(shù)字化加速度傳感器、總線型多點采集控制器、監(jiān)測工作站和監(jiān)測軟件組成。溫度測量范圍 20℃~120℃溫度測量精度 1℃接口 RS485主要指標串接傳感器數(shù)量 2～64數(shù)據(jù)傳輸距離 1200 米（不接中續(xù)器）電源 36V 交流電防雷標準 符合 IEEE 標準 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)本系統(tǒng)同時對主塔、主梁進行在線監(jiān)測，由于多個光纖應變傳感器具有不同的反射光中心波長，所以可以通過一根光纖串接成為光纖傳感鏈，每個監(jiān)測截面的應力、溫度、加速度、撓度、位移傳感器用一根光纖連成一串，占用光纖傳感網(wǎng)絡分析儀的一個或多個通道，通過光纖傳感網(wǎng)絡分析儀自動采集各斷面的位移、應力、溫度、加速度等信息；同時靠索力自動化采集系統(tǒng)獲取斜拉索索力信息。(2) 為了與其它基于 TCP／IP 的設備和網(wǎng)絡相協(xié)調，光纖信號傳輸網(wǎng)絡應基于 TCP／IP 標準。這一過程在數(shù)據(jù)管理和控制系統(tǒng)服務器內完成，主要進行簡單的統(tǒng)計計算，比如設定時段內的最大最小值、均值、方差、標準差等，計算結果作為初級預警的輸入，并用以判定信號是否正常。這一過程在終端微機與數(shù)據(jù)管理服務器完成。監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和控制包括以下幾個方面的內容：（1）動保存和人為選擇保存兩種操作模式。大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)管理采用的方法是：構造多層次相互關聯(lián)的關系型數(shù)據(jù)庫，直接以數(shù)據(jù)庫方式存儲原理數(shù)據(jù)，以便根據(jù)各種查詢條件檢索原始數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)的存儲資源耗用，提高數(shù)據(jù)存儲與管理效率。數(shù)據(jù)庫訪問設有三個訪問級別：最高權限用戶、次高權限用戶、最低權限用戶。根據(jù)傳感器的工作原理和接入方式不同，數(shù)據(jù)采集方式可以分為:(1) 基于光纖光柵傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：傳感器類型：應變、溫度、加速度，傾斜計、水準儀、位移計等。對這些獨立的傳感器采集系統(tǒng)，通過COM接口軟件集成的方式，將其納入到本系統(tǒng)中，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的緩存，傳輸，控制等功能。其基本要求如下：(1)、對所有傳感器信號按照相應的采集制度和采樣頻率進行實時數(shù)據(jù)采集和預處理；重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案37(2)、連續(xù)傳輸來自傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)服務器和數(shù)據(jù)評估服務器之間的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、狀態(tài)和警告信息，以便進行必要的顯示、報警和存儲；(3)、 數(shù)據(jù)傳輸更新、報警和狀態(tài)信息的更新速度滿足實時顯示要求；(4)、 所有連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)以小時為單位進行保存，采用二進制壓縮文件格式；(5)、系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)庫環(huán)形緩沖存儲最多可保持 45 天的原始數(shù)據(jù)緩沖時間長度可由系統(tǒng)管理員調整；(6)、所有系統(tǒng)操作和警告信息記入按時間順序的可追溯事件日記，記錄報警的出現(xiàn)和恢復；(7)、對于特殊傳感器的獨立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過 COM 接口的方式對其進行軟件集成，COM 接口完成各種數(shù)據(jù)的交換，并盡可能對原采集軟件的正常工作影響最小。 結構監(jiān)測信息管理系統(tǒng)該系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)處理服務器中，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、處理、在線評估、數(shù)據(jù)發(fā)布及數(shù)據(jù)顯示等功能。其基本技術要求如下：(1)、提供友好的交互式圖形界面，繪。系統(tǒng)采用基于Java 的 C/S 或基于 J2EE 的 B/S 方式實現(xiàn)。(9)、針對傳感器實時采集的歷史數(shù)據(jù)，可以采用 FTP 的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能是為數(shù)據(jù)采集和傳輸服務，一般情況下正常運行時無相應的用戶界面，但可以根據(jù)調試的需要，可以設計開發(fā)調試界面。主要功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、在線數(shù)據(jù)處理、初級采集策略控制及自檢程序等。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案36六、系統(tǒng)軟件的設計李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個基于傳感器采集數(shù)據(jù)的應用系統(tǒng)，根據(jù)傳感器及其數(shù)據(jù)采集設備的物理分布、功能要求和系統(tǒng)的總體應用方式，整個軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)、結構監(jiān)測信息管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三部分。為保證基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)安全性，數(shù)據(jù)管理還應具有訪問控制功能。因此針對加速度傳感器將定制采集制度，按照一定的條件采集數(shù)據(jù)，大量地降低無用信息的冗余。由于這一過程的分析數(shù)據(jù)來自實時現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和定期人工采集數(shù)據(jù)，因此往往離線進行。這一過程也在數(shù)據(jù)管理和控制系統(tǒng)服務器內完成，主要包括數(shù)據(jù)的時域、頻域、時頻域分析及顯示。(4) 通訊故障和自動重構都能在數(shù)據(jù)處理與控制服務器上顯示并發(fā)出警報。其傳輸網(wǎng)絡拓撲結果圖如下所示：重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案34監(jiān)測工作站數(shù)據(jù)庫服務器W E B 服務器監(jiān)測工作站大橋管理處光纖光柵傳感網(wǎng)絡分析儀溫 度傳 感 器加 速 度傳 感 器溫 度傳 感 器溫 度傳 感 器溫 度傳 感 器加 速 度傳 感 器加 速 度傳 感 器加 速 度傳 感 器光交換機局域網(wǎng)索力傳感器采集工作站U P S 電源應 變傳 感 器位 移傳 感 器應 變傳 感 器應 變傳 感 器應 變傳 感 器位 移傳 感 器位 移傳 感 器位 移傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器通道 1 通道 2 通道 3 通道 4 通道 5I n t e r n e t 遠程監(jiān)控光交換機U P S 電源索力傳感器索力傳感器索力傳感器圖 李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖李家沱長江大橋結構