中小跨径桥梁结构健康监测技术
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中小跨径桥梁结 构健康监测技术
目录
Contents
01
中小跨径桥梁
健康监测的 必要性
02
中小跨径桥梁
健康监测的现
状及存在问题
03
中小跨径桥梁健 康监测从方案设 计到数据分析的 过程与实例展示
04
桥梁结构健康
监测未来展望
01
中小跨径桥梁
健康监测 的必要性
健康监测 的必要性
一
我国公路桥梁的现状分析
二
大跨度
桥梁
健康监测系统
普遍应用：
2015年，统计结果300m以上跨 径的斜拉桥、悬索桥有208座 ，大约140座大跨度桥梁安装 了健康监测系统，占斜拉桥、 悬索桥总数的67%，费用占到 桥梁造价的2%左右。
桥梁养护组织保障体系
较为完备的技术法规体系 专门配备了养护设备及技术力 量。
监管特点
专门的养护管理中心。 日常巡查、养护维修及时、
2 标准体系
《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》( JT/T 1037-2016) ，《结构健康监测系统设计标准》（CECS 333:2012）标志 着大跨径桥梁监测系统设计技术从总体上而言已经趋于成熟和规范。而对于中小型桥梁健康监测与预警系统的设计 缺乏整体性，规范性的指导原则，还没有建立科学、统一的设计标准。
急剧增长的交通量和运输车辆的大型化，对桥 梁设计荷载标准提出了挑战
• 80年代以前修建的桥梁，技术状况总体偏差 • 早期修建的低配筋率桥梁，对现行交通荷载
的适应性差 • 部分桥梁结构存在先天不足，造成突发安全
事故 • 桥梁疲劳损伤日益显现，耐久性问题突出。
桥梁事故统计分析
本节引用了西南交通大学l李亚东教授的《桥梁事故-分析与思考》相关数据。 通过书籍、文献、网络等渠道收集到国内外一部分桥梁事故700 例（国内138起，国外562起）。 对事故的具体原因大致进行了分类（14大类），对事故进行统计分析的目的，在于了解总体情况， 不具有统计学意义 分析要素 ·发生时间 ·事故类型 ·区域分布 ·结构类型 ·使用时长
中小桥 大桥 特大桥
89.3% 10.2% 0.5%
中小桥 大桥 特大桥
1841.5万米，40.10% 2060.85万米，44.87%
690.42万米，15.03%
从我国公路桥梁的数量统计比例分析表明：中小跨径桥梁占主导地位。
我国公路桥梁的现状分析—桥梁老龄化加速到来
我国公路桥梁的现状分析—桥梁老龄化加速到来
0
2797
615 国省干线
2015年国省县道四五类桥梁统计（座）
2010
787
124
491
国道
四类 五类
省道
7687
3820 县道
我国公路桥梁的现状分析—中小跨径桥梁现状
设计
技术
荷载
状况
上世纪八十年代以前修建的桥梁，设计荷载等 级偏低
公路桥梁设计荷载标准进行5次修订，设计规 范修订3次
不同时期修建的桥梁，设计荷载标准存在较大 的差异
问题
1 制约中小跨径桥梁结构健康监测系统发展的因素
2
大桥、中小跨径桥梁结构健康监测系统的区别
制约中小跨径桥梁健康监测系统发展的因素
1 健康监测系统造价
国内健康监测系统通常大而全，且由于由此带来的高额费用而只能在特大跨径的桥梁工程中应用，而未能重视针对 单一问题建立简单监测系统并在中小跨径桥梁中予以应用拓展。
3 传感器的优化布置算法Baidu Nhomakorabea有待于进一步研发。
中小型桥梁健康监测与预警系统的传感器先行分布设计仍然处于探索阶段，对已经出现破损情况的桥梁如何加配传 感器还不明确等。
4 新技术的及时应用和更新还处于滞后阶段。
大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别—采样频率
例子：单频信号：频率10Hz，幅值1V。
采样频率fs:表示每秒钟采集的数据 点数。
桥梁事故统计分析
三
大跨度桥梁和中小跨径桥梁在养护
管理方面的区别
我国公路桥梁的现状分析—总体规模
我国公路桥梁的现状分析—总体规模
2015年交通运输行业发展统计公报，全国公路桥梁77.92万座、4592.77万米，比上年末增加2.20万座、 334.88万米。其中，特大桥梁3894座、690.42万米，大桥79512座、2060.85万米，中桥17.5万座、952.4万 米，小桥52.033万座，889.09万米。
中小跨度的常规桥梁，形成了事故的主体 大跨度桥梁出现整体垮塌的个案相对较少
桥梁事故统计分析-同时考察事故发生的时段和区段
· 美、欧桥梁事故从20世纪60年代起开始增多 · 20世纪80年代以前，中国桥梁事故的信息相对欠缺
中国桥梁事故从20世纪90年代起开始猛增，尤其是在最 近10多年内
大跨度桥梁和中小跨径桥梁在养护管理方面的区别
桥梁事故统计分析-全寿命期间潜在的分析
· 指正常设计、施工、养护条件下、采用悬臂施工的单座桥梁的 潜在风险分析
· 倾斜的
澡盆曲线
？
桥梁事故统计分析-桥梁建设的三阶段
以指一个国家、地区桥梁总体的发展变化情况，中国目前的情况，大体在新建与管养并重阶段。 各类桥梁事故，通常在“新建与管养并重阶段出现，在”以管养为主的阶段“表现更为突出；若多发生 在新建为主的阶段，则不正常。
到位。 突发事故应急抢险和处理机
制完善。 桥梁养护管理人员专业素质
较高。
中小跨径 桥梁
案例：
大约260座，安装了桥梁健康 监测系统，占中小桥数量的 0.004%。
主管部门重视程度不够，技术 力量和资金投入严重不足。
基层管养单位力量薄弱。 巡查、养护手段落后。 信息传递不畅。
.
02
中小跨径桥梁 健康监测系统 现状及存在的
桥梁事故统计分析-事故发生的区域
经济发达和经济高速发展的区域和国家，桥梁基数大，桥 梁事故的次数相对也较 多
桥梁事故统计分析-事故发生的阶段
桥梁事故统计分析-事故发生的具体原因
桥梁事故统计分析-事故发生的具体原因（中国138座）
桥梁事故统计分析-事故分类
桥梁事故统计分析-事故发生的桥梁结构类型
我国公路桥梁的现状分析—桥梁老龄化加速到来
90%投资用于 旧桥维护改造 大规模建设时期
对比中美30年桥龄的桥梁占比发现，美国从18%到60%，用了60年时间， 而中国只用了30年，中国桥梁老龄化将加速到来。
我国公路桥梁的现状分析—技术状况
我国公路桥梁的现状分析—技术状况
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
目录
Contents
01
中小跨径桥梁
健康监测的 必要性
02
中小跨径桥梁
健康监测的现
状及存在问题
03
中小跨径桥梁健 康监测从方案设 计到数据分析的 过程与实例展示
04
桥梁结构健康
监测未来展望
01
中小跨径桥梁
健康监测 的必要性
健康监测 的必要性
一
我国公路桥梁的现状分析
二
大跨度
桥梁
健康监测系统
普遍应用：
2015年，统计结果300m以上跨 径的斜拉桥、悬索桥有208座 ，大约140座大跨度桥梁安装 了健康监测系统，占斜拉桥、 悬索桥总数的67%，费用占到 桥梁造价的2%左右。
桥梁养护组织保障体系
较为完备的技术法规体系 专门配备了养护设备及技术力 量。
监管特点
专门的养护管理中心。 日常巡查、养护维修及时、
2 标准体系
《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》( JT/T 1037-2016) ，《结构健康监测系统设计标准》（CECS 333:2012）标志 着大跨径桥梁监测系统设计技术从总体上而言已经趋于成熟和规范。而对于中小型桥梁健康监测与预警系统的设计 缺乏整体性，规范性的指导原则，还没有建立科学、统一的设计标准。
急剧增长的交通量和运输车辆的大型化，对桥 梁设计荷载标准提出了挑战
• 80年代以前修建的桥梁，技术状况总体偏差 • 早期修建的低配筋率桥梁，对现行交通荷载
的适应性差 • 部分桥梁结构存在先天不足，造成突发安全
事故 • 桥梁疲劳损伤日益显现，耐久性问题突出。
桥梁事故统计分析
本节引用了西南交通大学l李亚东教授的《桥梁事故-分析与思考》相关数据。 通过书籍、文献、网络等渠道收集到国内外一部分桥梁事故700 例（国内138起，国外562起）。 对事故的具体原因大致进行了分类（14大类），对事故进行统计分析的目的，在于了解总体情况， 不具有统计学意义 分析要素 ·发生时间 ·事故类型 ·区域分布 ·结构类型 ·使用时长
中小桥 大桥 特大桥
89.3% 10.2% 0.5%
中小桥 大桥 特大桥
1841.5万米，40.10% 2060.85万米，44.87%
690.42万米，15.03%
从我国公路桥梁的数量统计比例分析表明：中小跨径桥梁占主导地位。
我国公路桥梁的现状分析—桥梁老龄化加速到来
我国公路桥梁的现状分析—桥梁老龄化加速到来
0
2797
615 国省干线
2015年国省县道四五类桥梁统计（座）
2010
787
124
491
国道
四类 五类
省道
7687
3820 县道
我国公路桥梁的现状分析—中小跨径桥梁现状
设计
技术
荷载
状况
上世纪八十年代以前修建的桥梁，设计荷载等 级偏低
公路桥梁设计荷载标准进行5次修订，设计规 范修订3次
不同时期修建的桥梁，设计荷载标准存在较大 的差异
问题
1 制约中小跨径桥梁结构健康监测系统发展的因素
2
大桥、中小跨径桥梁结构健康监测系统的区别
制约中小跨径桥梁健康监测系统发展的因素
1 健康监测系统造价
国内健康监测系统通常大而全，且由于由此带来的高额费用而只能在特大跨径的桥梁工程中应用，而未能重视针对 单一问题建立简单监测系统并在中小跨径桥梁中予以应用拓展。
3 传感器的优化布置算法Baidu Nhomakorabea有待于进一步研发。
中小型桥梁健康监测与预警系统的传感器先行分布设计仍然处于探索阶段，对已经出现破损情况的桥梁如何加配传 感器还不明确等。
4 新技术的及时应用和更新还处于滞后阶段。
大桥、中小跨径桥梁健康监测系统的区别—采样频率
例子：单频信号：频率10Hz，幅值1V。
采样频率fs:表示每秒钟采集的数据 点数。
桥梁事故统计分析
三
大跨度桥梁和中小跨径桥梁在养护
管理方面的区别
我国公路桥梁的现状分析—总体规模
我国公路桥梁的现状分析—总体规模
2015年交通运输行业发展统计公报，全国公路桥梁77.92万座、4592.77万米，比上年末增加2.20万座、 334.88万米。其中，特大桥梁3894座、690.42万米，大桥79512座、2060.85万米，中桥17.5万座、952.4万 米，小桥52.033万座，889.09万米。
中小跨度的常规桥梁，形成了事故的主体 大跨度桥梁出现整体垮塌的个案相对较少
桥梁事故统计分析-同时考察事故发生的时段和区段
· 美、欧桥梁事故从20世纪60年代起开始增多 · 20世纪80年代以前，中国桥梁事故的信息相对欠缺
中国桥梁事故从20世纪90年代起开始猛增，尤其是在最 近10多年内
大跨度桥梁和中小跨径桥梁在养护管理方面的区别
桥梁事故统计分析-全寿命期间潜在的分析
· 指正常设计、施工、养护条件下、采用悬臂施工的单座桥梁的 潜在风险分析
· 倾斜的
澡盆曲线
？
桥梁事故统计分析-桥梁建设的三阶段
以指一个国家、地区桥梁总体的发展变化情况，中国目前的情况，大体在新建与管养并重阶段。 各类桥梁事故，通常在“新建与管养并重阶段出现，在”以管养为主的阶段“表现更为突出；若多发生 在新建为主的阶段，则不正常。
到位。 突发事故应急抢险和处理机
制完善。 桥梁养护管理人员专业素质
较高。
中小跨径 桥梁
案例：
大约260座，安装了桥梁健康 监测系统，占中小桥数量的 0.004%。
主管部门重视程度不够，技术 力量和资金投入严重不足。
基层管养单位力量薄弱。 巡查、养护手段落后。 信息传递不畅。
.
02
中小跨径桥梁 健康监测系统 现状及存在的
桥梁事故统计分析-事故发生的区域
经济发达和经济高速发展的区域和国家，桥梁基数大，桥 梁事故的次数相对也较 多
桥梁事故统计分析-事故发生的阶段
桥梁事故统计分析-事故发生的具体原因
桥梁事故统计分析-事故发生的具体原因（中国138座）
桥梁事故统计分析-事故分类
桥梁事故统计分析-事故发生的桥梁结构类型
我国公路桥梁的现状分析—桥梁老龄化加速到来
90%投资用于 旧桥维护改造 大规模建设时期
对比中美30年桥龄的桥梁占比发现，美国从18%到60%，用了60年时间， 而中国只用了30年，中国桥梁老龄化将加速到来。
我国公路桥梁的现状分析—技术状况
我国公路桥梁的现状分析—技术状况
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000