浅议桥梁结构健康监测系统

浅 议 桥 梁 结 构 健 康 监 测 系 统
王 兰
摘
王 明
要： 对桥 梁结 构 健 康 监 测 的传 感 器 系统 、 据 采 集与 传 输 系统 、 据 处 理 与控 制 系统 及桥 梁 健 康 评 估 系统 进 行 了论 数 数
述 ， 出 了 目前 国 内外桥 梁 结 构健 康 监 测 系统存 在 的 差距 ， 述 了应 用桥 梁 结 构健 康 监 测 系统 的 意 义 ， 指 阐 旨在 保 证 桥 梁 运
营 安全 。
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关键词 ： 梁， 康监测 ， 桥 健 系统
中 图分 类 号 ：４ ６ Ｕ４ 文 献标 识 码 ： Ａ
尽管（ 止到 ２０ 截 ０ ６年 ） 们 国家 现 有 桥 梁 已经 达 到 了 ５ 我 Ｏ万 机 到监控中心 的骨干传输 网络 。数据采集与传输 系统主要是与
余座 ， 但是有些地方的桥 梁管理者 对现有桥 梁的管理仍 然是 “ 被 传感器匹配的采集仪 器的选择 、 道数和采集频率 的确定 ， 通 以及
一
梁 结构 评 估 包括 两个 层次 ： 个层 次 是 基 于 对 监 测 数 据 的 分 析 判 一
并 辅 般桥梁结构健康监测系统选 用的传感器包括两大类 ： 一类 定桥梁上是否发 生了病害 ， 确定病害大致位 置 ， 以人 工检查 是监测桥梁荷载 （ 系统输入 ） 的传感器 ， 一类是监测桥梁结构反应 确定病害程度和性 质。第 二个 层次是在上述病 害下桥梁是 否安
・
１８． ８
第３ ７卷 第 １ ７期 ２ ０ １ １年 ６ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ７ Ｎ ． ７ Ｉ３ ｏ １ Ｊｎ ｕ． ２ Ｉ ０１
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （ ０ ）７ ０ ８ －２ １０ —８ ５ ２ １ １ — １８ ０ １
全， 是否需要 维修加 固。第 一个层 次是桥 梁损伤 识别 的研究 范 （ 系统输 出） 的传感器。 畴； 第二个层次一般有基于可靠度理论的分项系数评估方 法和基 监 测桥梁荷载的传感器包括 以下几 种 ： 温度计 、 风速仪 、 气 空 于精细有限元分析 的力 学方法。桥 梁健康评估 系统是桥 梁健康 温湿度计和汽车动态称重 系统等 ； 监测桥梁结构响应 的传感器包 括 以下几种 ： 应变计 、 加速度计 、 Ｐ 、 角仪 、 Ｇ Ｓ倾 位移计 、 锚索计等。 监测系统的核心。桥梁健康评估 系统主要功能是根据采集 的数据 为桥梁维护提供决策依据。 根据不同的桥梁结构形式和工程预算的约束 ， 同的工程可 和分析结果对桥梁承载能力进行评估， 不 以选择不同的传 感器种 类和数量 。传感 器系统设计 主要是传 感 ２ 桥 梁结构健康 监测 系统 国 内外应用现状 器种类和数量 的选择 ， 重点是传感器布点优化设计。 ２ ０世纪 ６ ０年代以来 ， 由于发达 国家桥梁严重退化 ， 安全事故 不断发生和事故后果 的严重性 ， 工程技术人员对桥梁结构监测展
式” 的桥梁管理为“ 主动式” 桥梁安全管理成为可能 。
数 据 采集 系统 中的 原 始 监 测 数 据 的预 处 理 是 在 各 子 系 统 采
“ 主动式” 的桥梁管理核心是建立桥梁维护管理制度 ， 定期对 集仪 上完成 ， 包括 通用 数据 采集 仪 、 光纤 解调 仪 、 Ｐ Ｇ Ｓ接 收机 、 桥梁进行检测 （ 对重大桥 梁安装桥 梁结构健康 监测系统 ， 对其进 ＷＩ Ｍ称重主机。预处理后的数据经桥头交换 机通过光纤传 回监 行“ 实时检测 ” ， ） 及时 了解桥梁 的安全状况 ， 并采取相应 的修理措 控中心， 监控 中心的工控机接收预处理后的数据并实时显示 。 施， 避免安全事故 的发生。 经预处理后 的数据实时的传输 至监控中心， 在各工控机 中通
１ ２ 数据采 集与传输 系统 ．
数 据采集设备一般包括 五种 ： ） １ 通用采集 仪器 ， 主要采集 电 开 了积极的探索。一方面是桥梁管理 系统 的研究 ， 国、 国、 美 英 日 加拿大和德 国等一些发达国家最先开发 了基 于计算机 的桥梁 类传感器信号 ， 一般可针对具 体的项 目进行 特殊设计 。２ 光纤光 本 、 ）
美 ０世纪 ６ ｏ年代起就开始使用桥梁管理 系统 ， 建 栅解调仪 ， 光纤传感器 是近些 年来兴起 的传感器种 类 ， 于桥梁 管理系统 ， 国从 ２ 对 监 测 系 统 光 纤 应变 计 和 温 度 计 得 到 了 日益 广 泛 的应 用 ， 集 光 纤 成了大量的数据库 ， 采 以便对桥梁进行科学管理 。另一方面是监测 传感器信号使用光纤光栅解 调仪 。３ 振 弦采集仪 ， ） 对于振弦原理 系统 的研究 ， ９ 到 ０年代国 内外许 多大型桥梁安 装 了健康监 测系 设计的传感器 必须 用振 弦采集 设备 ， 锚索 计等 。４ Ｇ Ｓ接 收 统 ， 日本 的明石 海峡 大 桥 、 麦 的 Ｇ ｅｔ ｅ 和 中国的 江阴 桥等 。 如 ）Ｐ 如 丹 ｒ ｌ ａＢ ｔ 机 ， Ｐ 数 据采集 由专门的系统设备完成 ， Ｐ 天线通过同轴 电缆 ＧＳ ＧＳ
在结构健康监测系统中 ， 对系统监测数据 的处理根据处理方 月桥 以及辽宁盘锦 的田庄 台桥等 塌桥事 故。随着 桥梁管理 理念 式、 理 内容 以及 处理顺序 的不 同分 为数据预处 理和数据后处 处 的发展和桥梁检测 、 健康监测 以及评估 方法的进步 ， 使得变 “ 被动 理。系统的数据处理功能 由数据库服务器与工控机共 同来完成。
１ 桥 梁结构健 康监测 系统基本 框架
一
过数据处理软件进行数据后处理 ， 由于数据后处理涉及更为复杂
因此 个较为完整的桥 梁结构健 康监测 系统一般包括 以下 四个 的处 理 方 式 ， 有 时 可 能需 要 进 行人 机 交 互 的数 据 处理 方 式 。
． 子系统 ： 传感器 系统 、 数据采集 与传输系统 、 数据处理与控制 系统 １ ４ 桥 梁结构 健康评估 系统 桥梁结构继康监 测系统直接 目的是为 了桥梁结构评 估。桥 和桥梁健康评估系统。 １ １ 传 感器 系统 ．
动式 ” ， 的 也就是当桥梁 发生 安全事故 的时候才对 桥梁 进行维护 数 据 传输 方 案 的设 计 。 （ 检测和加 固） 。这种被 动式 的管理不可避 免的会带来 桥梁安全 １ ３ 数 据 处 理 与控 制 系统 ． 事故 的频繁发生 ， 如近几年的重 庆彩 虹桥 、 宜宾小南 门桥 、 苏州堰