桥梁道路监测管理系统

第一章桥梁道路监测管理系统

1.1系统总体方案

1.1.1系统的总体方案

1.1.1.1系统建立的目的和意义

危害桥梁正常承载的主要因素包括：

（1）结构内力状态的改变

（2）结构损伤

（3）两种因素综合作用

运营健康监测系统必须能够对上述因素进行监测，因此，健康监测系统实施的目的是：（1）随时掌握桥梁结构的内力状态及损伤情况

（2）尽早发现桥梁结构面临的危险状况

（3）为桥梁结构的养护维修提供依据

除了对结构运营状态进行监测外，对桥梁的日常管理养护等工作也纳入综合管理系统，以变实现：管养工作制度化、管养技术现代化、管养决策科学化。

运营健康监测和综合管理系统实施的重要意义在于：

（1）能够随时掌握桥梁结构的内力状态及损伤情况

（2）能够在桥梁结构危险萌芽阶段发出预警

（3）对保障桥梁安全运营具有重要意义

（4）能够尽量长地延长桥梁的运营寿命

（5）对降低桥梁总体运营成本具有显著效果

1.1.1.2结构健康监测系统建立的原则

健康监测系统的最主要目的就是发现可能导致结构破坏的病害情况，因此，健康监测系统的建立应遵循以下逻辑原则：

（1）研究桥梁结构的各部分将可能面临什么样的病害？这些病害发生的概率是多少？这些病害将导致结构的局部破坏还是整体破坏？

（2）研究结构构件的病害有什么表现？这些表现是否能够为监测系统所监测？

（3）研究选用何种传感器来监测结构安全？传感器精度是否满足安全预警的要求？传感器布置位置是否恰当，数量是否合理？

（4）研究如何对监测信号进行信号处理及分析？如何从监测信号中提取与结构安全直接相关易于为管理人员所理解的结构安全信息或预警信息？

从这些逻辑原则可以看出，如何定义结构可能遭遇的危险是整个健康监测系统的基础，我们称这个过程为“结构危险性分析”

1.1.1.3结构危险性分析

该系统通过危险性分析来确定监测哪些构件及监测方式的方法，避免了健康监测系统中常见的目的性不强、针对性不明确的问题。

所谓结构危险性分析就是系统地分析桥梁中各部分结构所面临的危险、各项危险发生的概率、危险所导致后果严重程度以及各项危险的可监测性等问题。

广雅大桥的主要结构构件包括：系杆、吊杆、主梁、拱肋、非通航孔桥和下部结构。应根据这些构件的受力特点、材料特性、使用环境等对其进行充分的危险性分析才能够确保健康监测系统的针对性和实用性。

危险性分析通常需要通过大量类似结构的调查并综合考虑本工程的环境及受力特点同时结合必要的结构分析计算才能够得到比较可靠的结论。

通过结构危险性分析我们可以非常明确我们需要监测那些构件、这些构件的重点监测部位、监测内容及监测频率等。

健康监测的监测手段大体可以分为：力学指标监测，损伤直接检测(包括人工目视巡检及无损监测)两种手段。在指定各构件采用的监测手段一般应综合考虑危险性的程度、监测的经济性和有效性等问题。

健康监测的监测手段大体可以分为：传感器在线监测，人工巡检(包括人工目视巡检)两种手段；一般而言传感器在线监测具有连续把握监测对象的特点，但其经济代价大，且对诸如钢材锈蚀、混凝土开裂等病害难以监测到；人工定期巡检能够比较容易发现结构的早期病害造成的外观变化，且一次性投入相对较小，但其不具有连续及实时性。

1.1.1.3.1吊杆的危险性分析及监测策略

吊杆锈蚀断丝是该桥的主要病害，其断丝隐蔽性强，应考虑对其进行监测。

吊杆结构危险性分析的主要结论是：

（1）大范围的吊杆断丝将导致主梁的危险，应对吊杆的索力进行监测；

（2）局部吊杆的断丝甚至整根破坏不会导致结构的整体危险，通过人工目视定期检查吊杆PE及锚具并结合部分吊杆的索力监测等是较为经济可行的方案；

（3）从把握主梁内力的角度出发应对部分吊杆进行索力监测。

1.1.1.3.2主梁的危险性分析及监测策略

本桥的加劲梁采用格子梁，其直接承受车辆荷载且为吊杆（拉索）体系柔性支承。因此，对其安全状态的把握不仅在于病害的监测，还在于其内力状态演变的监测。

主梁恒载内力的演变主要来源以下几个方面：

（1）主梁的变形；

（2）吊杆刚度（索力）的变化；

（3）基础的沉降。

主梁结构危险性分析的主要结论是：

（1）主梁内力状态的改变将有可能导致主梁的整体破坏，应加强对其的监测；

（2）主梁在由于内力状态改变而发生危险前会产生显著恒载变形，可以通过变形的监测并辅助吊杆索力的监测来进一步确定及明确原因。

（3）主梁局部病害的监测可以考虑采用人工目视巡检及人工无损监测设备检查的方式进行。

1.1.1.3.3非通航孔的危险性分析及监测策略

非通航孔桥采用预应力混凝土连续梁，其病害主要来源于混凝土的劣化、基础沉降、预应力体系的病害等。上述病害均属于缓慢发生过程且均伴随较为明显的外观变化，因此，引桥的监测将采用人工定期目视巡检的方式进行。

1.1.1.3.4下部结构的危险性分析及监测策略

本桥下部结构主要是基础沉降带来的危害，因此，可以通过人工定期沉降观测就可以避免此类病害的发生。

1.1.1.3.5非主要结构的危险性分析及监测策略

本桥的非主要结构的监测主要包括收缩缝、支座、路面等。

伸缩缝的破坏设置堵塞可能会导致结构内力状态的改变，但考虑到收缩缝破坏、堵塞一般不足以导致其它结构的破坏且能够比较容易通过人工目视巡检来加以检查，因此，不对其进行传感器监测。

本桥支座病害一般情况下不足以导致结构其它部位的破坏，只有当支座纵向位移受到意外限制时可能导致主梁、桥墩的开裂甚至破坏。因此，对支座可以通过人工巡检加以检查。

路面的病害属于局部问题，对其只需通过人工巡检加以检查即可。

1.1.1.4系统建立的总体思路

(a)采用传感器在线监测与人工巡检的方案；

(b)传感器系统侧重于结构总体内力状态的把握；

(c)人工巡检侧重于局部损伤的探明；

(d)利用综合评估系统将二者结合起来；

(e)各项监测参数必须进行较为完善的后期处理才能够用于评估结构安全状态。

图1.1.1 健康监测系统总体思路