集群化公路桥梁结构安全监测数据分析与应用探索

传感器采集数据 截面测点信息
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 实际工程应用 ➢ 可视化界面展示
电脑查询
手机APP
监控中心
报告提纲
一 研究背景 二 集群化公路桥梁安全监测系统 三 监测数据的分析总结 四 大数据的分析与应用 五 总结与展望
三、集群化桥梁安全监测系统
监测数据 分析总结
01 监测数据分析 02 有限元分析结果 03 荷载试验对比验证
病害类型确定
针对预应力混凝土连续梁桥 • 下挠过大
混凝土箱梁开裂 预应力损失过大 设计施工缺陷 收缩徐变模式不确定
• 腹板裂缝严重
监测内容确定
• 以结构位移、应力、动力监测 为主，环境监测为辅
• 兼顾桥梁重要构件 同时考虑 • 测试手段的可行性 • 分析方法的可靠性 • 监测技术的可用性
测点布设确定
◼ 辽宁省公路桥梁分布情况（按总长和跨径分配）
0.1% 8%
特大桥 大桥
0.6% 15%
16%
16%
中桥
76% 小桥
特大桥
大桥
中桥 68%
小桥
普通公路桥梁（座）
中小跨径桥梁占主导地位
高速公路桥梁（座）
对中小跨径桥梁进行集群化桥梁安全监测
报告提纲
一 研究背景 二 集群化公路桥梁安全监测系统 三 监测数据的分析总结 四 大数据的分析与应用 五 总结与展望
周期长 人工检测方法
难量化
结构安全监测技术
对桥梁进行长期监测，及时发现并解决安全隐患
实时监测 量化数值 定期维护 及时预警
一、研究背景
◼ 目前运用设计较完备、传感器数量齐全的安全监测系统的桥梁不到300座
1 2
桥梁安全监测需要借助信息技术发挥更大的作用 数量众多的中小跨径桥梁需求同样迫切
一、研究背景
集群化公路桥梁结构安全监测 数据分析及应用探索
汇报人：张冠华 博士
报告提纲
一 研究背景 二 集群化公路桥梁安全监测系统 三 监测数据的分析总结 四 大数据的分析与应用 五 总结与展望
一、研究背景
◼ 截止至2017年末，全国公路桥梁已有83.25万座，5225.62万米
定期检查 检测评估
滞后性
推动
监测关键参数
1
跨中竖向变形
腹板裂缝宽度
2
辅助监测参数
混凝土应变
振动特性
纵向位移
体外索应变
梁内温度
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 实际工程应用 ➢ 传感器系统安装
裂缝计（裂缝宽度）
拾振器（自振频率）
水准仪（跨中位移）
混凝土应变计（应变）
钢索计（钢索应变）
LVDT（纵向位移）
基于“NI 嵌入式系统” 基于“CAN通信模式的嵌入式系统”
LabVIEW、C语言编写程序代码 可视化界面设计与编制
加速度采集卡研制
PCB电路图设计 电路板制作 外壳设计等
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 实际工程应用 ➢ 桥梁安全监测关键参数
依托工程为预应力混凝土连续箱梁，其病害主要表现为下挠过大、腹板易产生裂缝
• 最大结构空间变形控制点 • 最大应力分布控制点 • 对结构受力产生影响的控制
点 • 监测结构动力特性控制点
不同桥梁的结构类型，监测参数根据实际情况而定
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 传感器选型及试验 ➢ 所需传感器类型
裂缝宽度类
拾振器类
位移变形类
混凝土应变类 钢索类
二、集群化桥梁安全监测系统
位移值（mm） 位移值（mm）
Hale Waihona Puke Baidu
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 实际工程应用 ➢ 数据采集与传输
基于NI系统主控制箱
现场调试
维修爬梯
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 实际工程应用 ➢ 太阳能供电系统
太阳能板
太阳能蓄电池
太阳能控制器
太阳能远程控制
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 实际工程应用 ➢ 可视化界面展示
集群监测可视化首页 测点布设
04 监测结论
三、监测数据总结分析与应用
◼ 监测数据分析 ➢ 跨中竖向位移变化情况
第40孔
车辆荷载 第40孔
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 集群化桥梁安全监测系统
➢ 监测方案根据桥梁实际情况量身定制
➢ 太阳能供电方式
➢ 结合无线网络传输技术 ➢ 进行集成化管理
手机接收
➢ 实现远程监控
客户端
◼ 优势
无线网络传输
集群监控平台
无线接收器
数据存储装置 数据存储装置
➢ 扩大监测范围
电脑接收
➢ 节约人力及开发成本
➢ 形成统一平台，实现信息共享
05
实际工程应用
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 桥梁安全监测系统总体设计
对监测数据进行处理和分析 完成桥梁结构状态评估 监测与评估子系统 定期生成安全监测报告
监测与评估服务器
数据库管理子系统
处理、管理和储存系统 的静态和动态监测数据
温湿度计
数据库 服务器
磁盘阵列
大桥监控中心 传输信号，同时对数据进行
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 传感器选型及试验 ➢ 低温稳定性试验
传感器稳定性测试（连续低温运行30天）
水准仪测试数据
裂缝宽度传感器测试数据
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 多传感器集成设备研制
功能：系统控制、数据调度、数据采集与传输、数据断点续传 优势：小型化、安装方便、解决兼容性问题、降低成本
设备硬件集成 编制相关软件
◼ 传感器选型及试验 ➢ 位移测试对比试验
位移计 加速度积分 速度积分 6 5 4 3 2 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
测试次数
加速度传感器测试位移
位移计
倾角仪
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
连续加载次数
倾角仪连续加载测试
水准仪测试位移
➢ 通过加速度传感器测试位移，误差较大，影响因素多，不适于位移长期位移监测； ➢ 通过倾角仪换算位移，精度较好，但受温度影响较大，成本较高，适用于动态监测； ➢ 水准仪测试精度最高，适用于长期静态监测；
防火墙
预处理、归档、显示和存储
工作站 数据采集与传输子系统
传感器子系统
风速风向仪 倾角仪
接受指令，采集响应参数 进行信号的转换
位移计
采集模块 应变计
三向加速度计
索力计
信号调理仪
挠度计
单向加速度计
二、集群化桥梁安全监测系统
◼ 确定桥梁安全监测关键参数
➢ 对现有桥梁病害进行调研 ➢ 研究安全重要控制部件和位置 ➢ 确定影响桥梁安全监测的各种关键因素
➢ 兼顾监测内容与数据处理
传感器类型1 传感器类型2 传感器类型3
数据存储装置
集群化桥梁安全监测系统工作示意图
数据采集装置 引线
桥梁1
桥梁2
桥梁3
二、集群化桥梁安全监测系统
集群化 桥梁安全 监测系统
01
桥梁安全监测系统总体设计
02 关键监测参数的确定
03 传感器的选型及试验
04 多传感器集成设备研制