江阴大桥结构健康监测系统升级改造
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简单易装、经济可行、持久可靠
发展趋势
桥梁安全监测与评价系统已开始成为大桥建设工程的一部分。 如香港目前正在兴建的昂船洲大桥和深圳西部通道大桥安全 监测系统均与主体工程一同招标。
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
原系统概况——原系统主要功能
主缆、主梁、吊杆的振动监测（压阻式加速度传感器，72） 主梁位移监测（全站仪，8） 吊杆索力监测（剪力销，12） 锚室内主缆索内力载荷监测（磁弹仪，14） 在线阈值报警——阈值由主体设计单位提供 设8个外站，对数据进行分布式采集和存储
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
国内外健康监测技术发展概况 江阴大桥结构健康监测系统升级改造研究 江阴大桥结构状态评估技术研究与数据分析 总结与展望
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
苏通大桥(1088m)
类比：心跳监视器、胎心监护设备
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
理论研究
大量的研究论文 众多以健康监测为主题的国际会议 加紧编制设计指南与规范
实际应用
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
香港五座索桥监测系统介绍
香港五座索桥的位置
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
香港青马、汲水门、汀九大桥
健康监测系统：5100万港币
软件系统封闭
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.3 系统缺陷与故障分析
雷电防护不足 外站散热条件不良 外站硬件结构不合理 硬盘长期在线工作
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
原系统传感器和外站分布示意
原系统网络结构示意
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工程实例
美国
欧美地区
Sunshine Skyway斜拉桥 Benicia-Martinez钢桁架桥 休斯顿Fred Hartman 大桥 Commodore Barry 大桥 Bronx Whitestone 悬索桥 Bear Mountain 悬索桥 Hormiguero大桥
英国 丹麦 挪威
Flintshire独塔斜拉桥 Faroe跨海斜拉桥 Great Belt East 悬索桥 Skarnsundet 斜拉桥
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
需要解决的问题
原系统故障分析 系统升级改造研究
技术对策的提出与实现、系统设计、硬件安装与调试、软家开发
安全评估技术研究 系统数据分析与结构状态评价
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.2 系统缺陷与故障分析
监测手段、频率选用不当
主梁挠度——全站仪 吊杆索力——剪力销 主梁纵向位移——标尺
传感器选型及布设不合理
加速度传感器选型（72 37＋24＋11） 布点不合理
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
WIM
Anemometer Accelerometer & Seismometer Temperature Sensor Strain Gauge GPS Rover Station Displacement Transducer Barometer, Rain Gauge, Hygrometer Corrosion Sensor Digital Video Camera WIM Weigh-In-Motion System
究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
定义： 桥梁结构健康监测
• 在结构上布设传感器，实时 监测环境参数、结构和构件 的响应 • 进行监测数据处理、结构参 数识别与损伤诊断，实时评 定结构整体与局部安全状态
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
亚洲地区 日本 明石海峡大桥 Hakucho悬索桥 南备赞濑户悬索桥 韩国 Nambae 悬索桥 Jindo 斜拉桥 New Haengju 斜拉桥 泰国 印度 Rama IX 斜拉桥 Naini 斜拉桥
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
系统升级改造的目标设定
恢复原系统运行 振动监测、吊杆索力监测、主缆锚固索力监测 增加基本的评估系统 根据评估及养护管理需要增加监测范围,完善系统 功能 提高系统运行可靠度 预留进一步升级改造的接口
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析 汲水门大桥
汀九大桥
青马大桥
深圳西部通道（香港）大桥
昂船洲大桥
江 苏 省 交 通 科 Fra Baidu bibliotek 研 究 院
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江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
墨西哥 Tampico 斜拉桥
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
Great Belt Bridge
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
Oresund Bridge
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
Neva Bridge, Skt. Petersburg, Russia
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
长大桥梁健康检测与诊断交通行业重点实验室 江苏省公路桥梁工程技术研究中心
张宇峰
2009.11.18 南昌
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
中国
青马大桥 汲水门大桥 汀九大桥 虎门大桥 徐浦大桥 钱江四桥
江阴长江大桥 南京长江二桥 南京长江三桥 济南黄河桥 芜湖长江大桥 润扬长江大桥
苏通长江大桥……
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
长期性、实时性与自动化 是对监测系统的基本要求
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
二、江阴大桥结构健康监测 系统升级改造
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
明石海峡大桥
Jindo斜拉桥
Banghwa拱桥
Namhae悬索桥
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
4E 3E 2E 1E East Tower
Number of sensors >1200
WIM
1W 2W 3W 4W
West Tower
Sensors on the Stonecutters Bridge
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE
一、国内外的研究与应用
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
必要性
桥梁在建造和使用过程中，由于受到环境、有害物质的侵蚀，车辆、 风、地震、疲劳、人为因素等外来作用，以及材料自身性能的不断退 化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤 和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修，轻则影响行车安全 和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌。 传统检查方法存在诸多缺点，限制决定了其无法直接有效地应用于大 型桥梁的健康状况检查。 不足之处： （i）需要大量人力、物力和财力并有诸多检查盲点； （ii）主观性强，难于量化； （iii）缺少整体性； （iv）影响正常交通运行； （v）周期长，实时性差。 美国联邦公路委员会：由人工检查做出的评估结果有56%是不恰当 的。 江 苏 省 交 通 科 学 研
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析 江阴大桥 润扬大桥
苏通大桥
南京长江三桥
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
期望的作用
验证设计假设和设计参数，有助于改进和完善当前桥梁设 计规范; 及时地发现异常结构荷载和响应，尽早地识别出结构可能 存在的损伤和性能退化; 在灾后和异常事件后及时地对结构安全性评估提供数据； 为桥梁的日常检测、维护、加固和维修提供依据和指导; 监测各类维护、加固和维修措施的作用和效果; 为桥梁研究提供大量的原始数据.
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
外站DART采用防水密封机箱， 长期高温在线工作以及散热不良是 外站硬件故障的主要成因之一。
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
原系统概况——原系统运行情况 数据管理——数据加密，仅能在专有系统中查阅 数据分析——仅有简单统计 陆续损坏，2004年初，全面瘫痪
江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
原系统概况 系统于1999年建成 英国Jams Scott 公司设计 Strainstall 公司施工 造价2000万元人民币
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.2 系统缺陷与故障分析
功能缺失 （1）监测内容不全面
①缺少对荷载源的监测 ②缺少对伸缩缝变形（梁端变形）的监测 ③缺少对结构整体变形的连续、实时、同步监测 ④缺少对钢结构疲劳寿命的监测 ⑤结构动力特性监测不全面 ⑥缺少结构腐蚀的监测
（2）缺少结构评价功能
发展趋势
桥梁安全监测与评价系统已开始成为大桥建设工程的一部分。 如香港目前正在兴建的昂船洲大桥和深圳西部通道大桥安全 监测系统均与主体工程一同招标。
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
原系统概况——原系统主要功能
主缆、主梁、吊杆的振动监测（压阻式加速度传感器，72） 主梁位移监测（全站仪，8） 吊杆索力监测（剪力销，12） 锚室内主缆索内力载荷监测（磁弹仪，14） 在线阈值报警——阈值由主体设计单位提供 设8个外站，对数据进行分布式采集和存储
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
国内外健康监测技术发展概况 江阴大桥结构健康监测系统升级改造研究 江阴大桥结构状态评估技术研究与数据分析 总结与展望
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苏通大桥(1088m)
类比：心跳监视器、胎心监护设备
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
理论研究
大量的研究论文 众多以健康监测为主题的国际会议 加紧编制设计指南与规范
实际应用
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香港五座索桥监测系统介绍
香港五座索桥的位置
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香港青马、汲水门、汀九大桥
健康监测系统：5100万港币
软件系统封闭
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2.3 系统缺陷与故障分析
雷电防护不足 外站散热条件不良 外站硬件结构不合理 硬盘长期在线工作
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原系统传感器和外站分布示意
原系统网络结构示意
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工程实例
美国
欧美地区
Sunshine Skyway斜拉桥 Benicia-Martinez钢桁架桥 休斯顿Fred Hartman 大桥 Commodore Barry 大桥 Bronx Whitestone 悬索桥 Bear Mountain 悬索桥 Hormiguero大桥
英国 丹麦 挪威
Flintshire独塔斜拉桥 Faroe跨海斜拉桥 Great Belt East 悬索桥 Skarnsundet 斜拉桥
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
需要解决的问题
原系统故障分析 系统升级改造研究
技术对策的提出与实现、系统设计、硬件安装与调试、软家开发
安全评估技术研究 系统数据分析与结构状态评价
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2.2 系统缺陷与故障分析
监测手段、频率选用不当
主梁挠度——全站仪 吊杆索力——剪力销 主梁纵向位移——标尺
传感器选型及布设不合理
加速度传感器选型（72 37＋24＋11） 布点不合理
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WIM
Anemometer Accelerometer & Seismometer Temperature Sensor Strain Gauge GPS Rover Station Displacement Transducer Barometer, Rain Gauge, Hygrometer Corrosion Sensor Digital Video Camera WIM Weigh-In-Motion System
究 院
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
定义： 桥梁结构健康监测
• 在结构上布设传感器，实时 监测环境参数、结构和构件 的响应 • 进行监测数据处理、结构参 数识别与损伤诊断，实时评 定结构整体与局部安全状态
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亚洲地区 日本 明石海峡大桥 Hakucho悬索桥 南备赞濑户悬索桥 韩国 Nambae 悬索桥 Jindo 斜拉桥 New Haengju 斜拉桥 泰国 印度 Rama IX 斜拉桥 Naini 斜拉桥
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
系统升级改造的目标设定
恢复原系统运行 振动监测、吊杆索力监测、主缆锚固索力监测 增加基本的评估系统 根据评估及养护管理需要增加监测范围,完善系统 功能 提高系统运行可靠度 预留进一步升级改造的接口
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析 汲水门大桥
汀九大桥
青马大桥
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昂船洲大桥
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Oresund Bridge
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2009.11.18 南昌
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中国
青马大桥 汲水门大桥 汀九大桥 虎门大桥 徐浦大桥 钱江四桥
江阴长江大桥 南京长江二桥 南京长江三桥 济南黄河桥 芜湖长江大桥 润扬长江大桥
苏通长江大桥……
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长期性、实时性与自动化 是对监测系统的基本要求
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二、江阴大桥结构健康监测 系统升级改造
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Number of sensors >1200
WIM
1W 2W 3W 4W
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一、国内外的研究与应用
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必要性
桥梁在建造和使用过程中，由于受到环境、有害物质的侵蚀，车辆、 风、地震、疲劳、人为因素等外来作用，以及材料自身性能的不断退 化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤 和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修，轻则影响行车安全 和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌。 传统检查方法存在诸多缺点，限制决定了其无法直接有效地应用于大 型桥梁的健康状况检查。 不足之处： （i）需要大量人力、物力和财力并有诸多检查盲点； （ii）主观性强，难于量化； （iii）缺少整体性； （iv）影响正常交通运行； （v）周期长，实时性差。 美国联邦公路委员会：由人工检查做出的评估结果有56%是不恰当 的。 江 苏 省 交 通 科 学 研
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析 江阴大桥 润扬大桥
苏通大桥
南京长江三桥
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
期望的作用
验证设计假设和设计参数，有助于改进和完善当前桥梁设 计规范; 及时地发现异常结构荷载和响应，尽早地识别出结构可能 存在的损伤和性能退化; 在灾后和异常事件后及时地对结构安全性评估提供数据； 为桥梁的日常检测、维护、加固和维修提供依据和指导; 监测各类维护、加固和维修措施的作用和效果; 为桥梁研究提供大量的原始数据.
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
外站DART采用防水密封机箱， 长期高温在线工作以及散热不良是 外站硬件故障的主要成因之一。
江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
原系统概况——原系统运行情况 数据管理——数据加密，仅能在专有系统中查阅 数据分析——仅有简单统计 陆续损坏，2004年初，全面瘫痪
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.1 项目概况
原系统概况 系统于1999年建成 英国Jams Scott 公司设计 Strainstall 公司施工 造价2000万元人民币
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江阴大桥结构健康监测系统升级改造与数据分析
2.2 系统缺陷与故障分析
功能缺失 （1）监测内容不全面
①缺少对荷载源的监测 ②缺少对伸缩缝变形（梁端变形）的监测 ③缺少对结构整体变形的连续、实时、同步监测 ④缺少对钢结构疲劳寿命的监测 ⑤结构动力特性监测不全面 ⑥缺少结构腐蚀的监测
（2）缺少结构评价功能