【正文】 結構健康監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的功能涉及大量數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)處理分析，所有用戶主要通過該軟件實現(xiàn)與整個健康監(jiān)測系統(tǒng)的交互操作。兩種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均需要自行開發(fā)實現(xiàn)，程序主要運行于數(shù)據(jù)采集設備中。最高權限用戶的最大特點就是可以設定和修改系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的各種參數(shù)，包括：傳感器的校準數(shù)據(jù)、傳感器采樣參數(shù)、定期采集制度、實時采集制度、數(shù)據(jù)存儲參重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案36數(shù)、實時報警閥值、系統(tǒng)分析參數(shù)、基本結果參數(shù)。（2）健康監(jiān)測系統(tǒng)加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)約占整個原始數(shù)據(jù)的90％，考慮到實施實時采集致使數(shù)據(jù)量太多，以至于沒有足夠的人力資源進行處理分析，而且得到的信息中有很多是重復的冗余信息。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案35(1) 數(shù)據(jù)的二次處理。兩種信息依靠光纖網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，以供數(shù)據(jù)的分析和處理。3με可測參量及精度位移 分辨率：；測量精度：%F(4) 對每個傳感器信號提供在線預覽、濾波、變換和同步統(tǒng)計處理功能，以便根據(jù)實際傳感器信號的時域、頻域性質(zhì)合理設置采樣參數(shù)。4） 伸縮縫狀況檢查伸縮縫是否異常變形、破損、漏水、變形，是否造成明顯跳車，形成文字及圖片記錄，評估支座的工作狀態(tài)。并填寫檢查記錄，作為大橋使用性評估的依據(jù)。同時，也為進一步研究極限風環(huán)境下的大橋工作狀況提供可靠數(shù)據(jù)?！?60176。斜索自振頻率和其張力間的基本函數(shù)關系為： 24nfTml????????式中 為斜索索力， 為斜索單位長度質(zhì)量， 為斜索長度， 為第 階? lnf自振頻率， 為振動的階數(shù)。斜拉索的損壞因素主要有：由于材質(zhì)的缺陷、鋼絲的破裂、銹斑等引起的局部疵點；由于外部的腐蝕或索股之間的磨損而引起的截面縮減；由于外界激勵（風、交通荷載等）的作用而引起的疲勞損傷。圖 SENAL 光纖光柵加速度計SENAL 光纖光柵加速度計主要技術指標：表 光纖光柵加速度計技術參數(shù)表項目 參數(shù) 標準量程 177。對于懸吊支承結構的橋梁，其懸吊體系（斜拉橋的斜拉索）不僅影響主梁結構的動力特性和受力特性，而且其本身在交變應力與環(huán)境腐蝕的相互作用下是導致疲勞和銹蝕損傷擴展的重要原因之一。圖 李家沱長江大橋主梁、索塔溫度監(jiān)測截面布置示意圖 主梁溫度監(jiān)測主梁截面溫度分布測量的目的是為了梁體的溫度場情況，并對應變傳感器得到的應變數(shù)據(jù)進行溫度修正，故選擇截面與主梁的應變傳感器布置截面相同，每個截面布置 5 個，全橋主梁共布置 43 個溫度測點。 圖 主塔應力監(jiān)測應變傳感器布置示意圖 系統(tǒng)主要配置應變傳感器——SENS1 表面安裝式光纖光柵應變傳感器。一般的應力應變監(jiān)測采用電阻應變傳感器, 但電阻式應變儀的零漂、接觸電阻變化以及溫漂等（ 索塔位移測點）重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案17給系統(tǒng)帶來一定的誤差。光纖光柵傾斜計具有精度高、靈敏度高，自動溫度補償，實時動態(tài)監(jiān)測等優(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)。影響伸縮縫伸縮量的基本因素較多，首先溫度變化是影響伸縮量的主要因素，由于溫度使橋梁內(nèi)部溫度分布不均勻會引起大跨徑橋梁端部產(chǎn)生角變位。液位計布置情況見圖 ~ 所示。 系統(tǒng)功能總框架重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案9圖 系統(tǒng)功能總框架圖 系統(tǒng)硬件總框架圖外場機柜配電防雷遠程電源監(jiān)控U P S綜合布線輔助支持系統(tǒng)李 家 沱 長 江 大 橋檢測區(qū)段橋梁結構傳感器子系統(tǒng)集線器各類傳感器傳感器調(diào)理采集設備調(diào)理采集設備數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)專用傳感器調(diào)理采集設備采集計算機 （ W I N D O W S操作系統(tǒng) ）結點交換機箱梁內(nèi)工作站機柜檢測區(qū)段橋梁結構集線器各類傳感器傳感器調(diào)理采集設備調(diào)理采集設備專用傳感器調(diào)理采集設備采集計算機 （ W I N D O W S操作系統(tǒng) ）結點交換機箱梁內(nèi)工作站機柜數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)綜合監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)絡交換機及其他網(wǎng)絡設備監(jiān)控終端監(jiān)控終端數(shù)據(jù)接收 ， 數(shù)據(jù)處理 ， 數(shù)據(jù)庫服務器 （ W I N D O W S操作系統(tǒng) ）應用服務器綜合監(jiān)控網(wǎng)絡設備監(jiān)控中心局域網(wǎng)監(jiān)控終端監(jiān)控終端I N T E R N E T數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)圖 系統(tǒng)硬件總框架圖重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案10三、健康監(jiān)測范圍監(jiān)測范圍的選取應遵循傳感器實時監(jiān)測和人工定期監(jiān)（檢）測相結合的原則，監(jiān)測內(nèi)容能覆蓋結構評估的要求。圖 多座大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)集成示意圖目前本建議書中僅針對運營的李家沱長江大橋，根據(jù)以上思路，提出相應的系統(tǒng)方案。 本橋健康監(jiān)測的難點1）李家沱長江大橋?qū)儆诮ǔ啥嗄甑念A應力混凝土斜拉橋，當前結構實際狀態(tài)較難確定；2）結構的損傷識別存在較多問題；3）斜拉索索力的監(jiān)測手段及評估方法需進一步完善；4）需考慮多類型傳感器的數(shù)據(jù)采集及處理；5）基于健康監(jiān)測信息的結構有限元模型修正方法有待進一步研究。在橋梁的建造和長期服役過程中，由于受到車輛、風、人為等外部因素以及材料性能的退化、疲勞效應等內(nèi)部因素的影響，橋梁結構的安全性、適用性和耐久性有很大的降低，因此，橋梁健康監(jiān)測及安全評估尤為重要。對于具體的一座橋梁，由于其本身的結構特點和監(jiān)測重點的不同，因此其相應的監(jiān)測內(nèi)容、規(guī)模、方式和手段及監(jiān)測效果也各不相同。4）橫系梁出現(xiàn)了斜裂縫，在 3 號墩上游中跨 20 號索出現(xiàn)了 3 處滲水。(5)主梁和橋塔混凝土裂縫為非結構性受力裂縫。裂縫多分布在橫隔板與頂板之間的梗肋部位，并沿梗肋向頂板延伸。裂縫走向以沿橋跨縱向為主。每個索面中有 24 對斜拉索。主孔全長 1288m，跨徑組合為：過渡孔 (53m)+主孔(169m+444m+169m)+過渡孔(53m)+ 南引橋(8x50m)，橋面寬度為 4 車道（中間設置分隔帶） ，寬 24m。主梁在中跨的中間部分及邊跨的部分區(qū)段設置有縱向預應力鋼束，采用 OVM 錨具及高強度低松弛鋼絞線。 大橋現(xiàn)狀1997 年建成通車后，發(fā)現(xiàn)在中跨主梁和主塔斜拉索錨固區(qū)出現(xiàn)了大量裂縫。裂縫深度一般在 20~50 mm 范圍。(4) 2 號墩上游塔柱裂縫主要集中在 17~24 號錨箱之間的區(qū)段，其它 3 個塔柱裂縫主要集中在 20~24 號錨箱之間的區(qū)段，裂縫基本上呈水平走向。2）主橋車行道部分出現(xiàn)原修補處的瀝青砼鋪裝層周邊冒漿，瀝青砼路面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫及橫、縱、斜向裂縫并同時有洞穴、坑函等現(xiàn)象，部分瀝青混凝土碎裂和空鼓，在主橋車行道 2 號墩邊跨，3 號墩下游中跨處出現(xiàn)了穿透型裂縫和瀝青砼脫落的現(xiàn)象。目前，國內(nèi)外已經(jīng)采用了健康監(jiān)測系統(tǒng)的部分橋梁見表 。有了高質(zhì)量的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，就可以隨時做足尺全橋?qū)嶒灒瑥亩蟠蠹铀傥疫^橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)整個領域的研究?？紤]到大橋在運營階段，由于受氣候、氧化、腐蝕和老化等因素影響，在長期靜載和活載的作用下容易遭受損壞，尤其是其超載情況嚴重，大大超出設重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案6計時所預計的車流量及超重荷載，從而導致橋梁強度和剛度隨著時間的增加而降低，這不僅會影響安全行車，更會縮短橋梁的使用壽命。鑒于此，對于主城區(qū)的大型橋梁，考慮按照統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的原則，建立總體的監(jiān)測系統(tǒng)框架，根據(jù)項目時間、資金配比等等，成熟一個，實施一個，逐步實現(xiàn)主城區(qū)大型過江橋梁的集中健康監(jiān)測系統(tǒng)，為橋梁的維修、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù)和指導。6）監(jiān)測與結構安全性密切相關內(nèi)容，主要監(jiān)測一些有代表性的結構、必須進行監(jiān)測的重要結構以及日常養(yǎng)護無法檢查或檢查非常困難的結構響應。 橋梁位移變形監(jiān)測橋梁位移變形監(jiān)測是利用測量手段，對橋梁各控制斷面的位移變形進行監(jiān)測，并繪編相應的位移變形影響線和影響面以檢測各控制部位位移變形狀態(tài)，從而為總體評估大橋的承載能力、營運狀態(tài)和耐久能力提供依據(jù)。溫度變化蒸發(fā)的因素引起的液位變化對基準和各個測點有相同的影響，可以通過相減抵消，而撓度引起的液位變化對基準點和測點的影響不同，相減后則保留下來，因而這一系統(tǒng)測量不受溫度和液體蒸發(fā)的影響。圖 傾斜計主塔側移監(jiān)測：采用傾斜計進行測量。 主塔側移監(jiān)測傾斜計傳感器布置示意圖 主梁、索塔控制截面應力監(jiān)測 主梁應力監(jiān)測運營狀態(tài)中的預應力混凝土梁的應力、應變的變化是由于梁結構的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)變化引起的，外部條件主要有斜拉索索力、支座的變化及車輛荷載的作用等，而內(nèi)部狀態(tài)有混凝土的收縮徐變、溫度變化及預應力損失等。圖 主梁應力監(jiān)測應變傳感器布置示意圖圖 主梁截面應力測點布置圖 索塔應力監(jiān)測索塔在施工過程中將承擔巨大的軸向壓力，同時對于施工中可能出現(xiàn)的荷載不對稱情況，將使索塔產(chǎn)生附加彎矩，這對索塔的受力是不利的，因此應對主塔截面進行應力監(jiān)測。本健康監(jiān)測系統(tǒng)中采用光纖光柵溫度傳感器, 構成單線多點溫度測量系統(tǒng)進行橋梁結構溫度分布狀況的監(jiān)測。 系統(tǒng)主要配置1．溫度傳感器——SENT1 表面式光纖光柵溫度傳感器（如圖 所示）：圖 SENT1 表面式光纖光柵溫度傳感器表 光纖光柵溫度傳感器技術參數(shù)表項目 參數(shù) 標準量程 30 ℃～180 ℃測量精度 177。振動特性的監(jiān)測可采用加速度傳感器來實現(xiàn)，但是由于索塔、雙肋梁、主纜、吊索、斜拉索各自的固有振動特性不同，因此在選擇傳感器時要充分考慮傳感器的技術性能（頻率范圍、靈敏度、采樣特性等） 。 主梁加速度計布置斷面及測點示意圖圖 豎向加速度計安裝位置圖圖 縱、橫向加速度計安裝位置圖（ 加速度測點）1 73 542 6重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案23圖 主塔加速度計布置示意圖 斜拉索索力監(jiān)測大橋鋼索索力狀態(tài)是衡量橋梁是否處于正常運營狀態(tài)的一個重要標志。基于振動頻率法測量索力是目前測量斜拉索索力最廣泛采用的一種方法，但傳統(tǒng)上，在應用這一方法時需要人工搖索，無法實現(xiàn)自動測量。因此,針對本橋結構的抗風性能的實時監(jiān)測及評價就顯得尤為重要。10%）V；直流：2V， 工作環(huán)境：溫度：40℃～55℃；濕度 ：0～100%RH該儀器具有性能可靠、功能齊全、精度高、操作方便等特點，具有瞬時、二分鐘和十分鐘平均風向風速處理、顯示、大風告警等功能。 橋面線形測量要求如下：測量規(guī)范：《工程測量規(guī)范》（GB5002693）及《公路勘測規(guī)范》（JTJ06199）；測量標準：按“國家二等水準施測綱要”進行；測量方法：精密水準儀；測量周期：每年兩次，分別在夏季及冬季；測量位置：兩防撞墻內(nèi)側的橋面處，需設立固定點，每次均應在同一位置測量；需提供數(shù)據(jù)資料：測點布值；橋面縱向高程值及曲線圖；線形測量評估結論。預應力鋼束錨頭部位應重點檢查，沿預應力筋的混凝土表面有無縱向裂縫對于裂縫，應測量其位置、走向、數(shù)量、寬度、深度，監(jiān)測其發(fā)展狀況，初步判斷產(chǎn)生的原因及對結構的損傷程度。(2) 系統(tǒng)應能在無人職守條件下連續(xù)運行，采集得到的數(shù)據(jù)可供遠程傳輸和共享，采樣參數(shù)可遠程在線設置。實時監(jiān)測以傳感器自動采集數(shù)據(jù)方式實現(xiàn)，定期監(jiān)測以人工輸入數(shù)據(jù)方式實現(xiàn)。監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖如圖 所示。(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。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。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。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。(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。其基本技術要求如下：(1)、提供友好的交互式圖形界面，繪。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(diào)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。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。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。這一過程在終端微機與數(shù)據(jù)管理服務器完成。(2) 為了與其它基于 TCP／IP 的設備和網(wǎng)絡相協(xié)調(diào)，光纖信號傳輸網(wǎng)絡應基于 TCP／IP 標準。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)