橋梁監(jiān)測方案解讀

1、摘要和關(guān)鍵詞【摘要】結(jié)合工程實(shí)踐，對橋梁監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了總體的介紹，可以初步了解橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成。分析了橋梁相應(yīng)的危險有害因素并進(jìn)行了相應(yīng)的分類，同時，對檢測過程中各種傳感器的選擇選擇與使用也做了相應(yīng)的介紹，本文同時對橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，分析和相應(yīng)的過程進(jìn)行了介紹，闡述了每個部分的應(yīng)用和各個系統(tǒng)之間的聯(lián)系，是比較系統(tǒng)和完善的對橋梁監(jiān)測系統(tǒng)做了相應(yīng)的介紹，隨著時代進(jìn)步，安全監(jiān)測會凸顯出其重要性?！娟P(guān)鍵詞】橋梁監(jiān)測系統(tǒng)；監(jiān)測設(shè)備；危險源；傳感器；數(shù)據(jù)分析；1、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)1.1 橋梁檢測的簡介橋梁安全監(jiān)測是在傳統(tǒng)的橋梁檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用現(xiàn)代化傳感設(shè)備與光電通信及計算機(jī)技術(shù), 實(shí)時監(jiān)測橋梁運(yùn)

2、營階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和行為, 獲取反映結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的信息, 由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài), 評估結(jié)構(gòu)的可靠性, 為橋梁的管理與維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在偶發(fā)事件( 如地震) 發(fā)生后, 可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)識別結(jié)構(gòu)的損傷和關(guān)鍵部位的變化, 對橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和抗風(fēng)、抗震能力做出客觀的定量的評估。由于橋梁( 尤其是斜拉橋、懸索橋) 的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境, 在橋梁設(shè)計階段完全掌握和預(yù)測結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是非常困難的,橋梁的設(shè)計依賴于理論分析并通過風(fēng)洞、振動臺模擬試驗(yàn)預(yù)測橋梁的動力性能并驗(yàn)證其動力安全性。而結(jié)構(gòu)理論分析?；诶硐氲挠邢拊Ｐ? 并且分析時常以很多假定為前提, 這種模擬試

3、驗(yàn)和計算假定可能與真實(shí)橋位不完全相符。因此, 可以通過橋梁健康監(jiān)測所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動靜力行為, 可以驗(yàn)證橋梁的結(jié)構(gòu)分析模型、計算假定和設(shè)計方法的合理性, 而且監(jiān)測數(shù)據(jù)可用于深入研究橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境中的未知和不確定性問題。而且橋梁健康監(jiān)測信息反饋于結(jié)構(gòu)設(shè)計的更深1.2 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)就是通過對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測, 實(shí)時監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為, 對結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進(jìn)行診斷, 對橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進(jìn)行智能評估, 為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號,為橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。圖1

4、橋梁檢測系統(tǒng)基本組成框圖1.3 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)作為現(xiàn)代橋梁系統(tǒng)中必不可少的一部分，有著極其重要的地位，對橋梁的安全和爭產(chǎn)運(yùn)行起到了極其重要的作用，基于對橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的研究，其具有以下一些共同特點(diǎn):(1) 通過測量結(jié)構(gòu)各種響應(yīng)的傳感裝置獲取反映結(jié)構(gòu)行為的各種記錄.(2) 除監(jiān)測結(jié)構(gòu)本身的狀態(tài)和行為以外,還強(qiáng)調(diào)對結(jié)構(gòu)環(huán)境條件(如風(fēng)、車輛荷載等) 的監(jiān)測和記錄分析;同時,試圖通過橋梁在正常車輛與風(fēng)載下的動力響應(yīng)來建立結(jié)構(gòu)的“指紋”,并借此開發(fā)實(shí)時的結(jié)構(gòu)整體性與安全性評估技術(shù).(3) 在通車運(yùn)營后連續(xù)或間斷地監(jiān)測結(jié)構(gòu)狀態(tài),力求獲取的大橋結(jié)構(gòu)信息連續(xù)而完整. 某些橋梁監(jiān)測傳感器在橋梁施工

5、階段即開始工作并用于監(jiān)控施工質(zhì)量.(4) 監(jiān)測系統(tǒng)具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享.1.4 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方面橋梁監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估,為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號,為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo). 為此,監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進(jìn)行監(jiān)控: ( 1) 橋梁結(jié)構(gòu)在正常車輛荷載及風(fēng)載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和力學(xué)狀態(tài)。( 2) 橋梁結(jié)構(gòu)在突發(fā)事件( 如地震、意外大風(fēng)或其它嚴(yán)重事故等) 之后的損傷情況。( 3) 橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性, 主要是提供構(gòu)件疲勞狀況的真實(shí)情況。( 4) 橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件( 如

6、支座) 和附屬設(shè)施( 如斜拉橋振動控制裝置) 的工作狀態(tài)。( 5) 大橋所處的環(huán)境條件, 如風(fēng)速、溫度、地面運(yùn)動等。2、橋梁危險源2.1 橋梁中的危險因素橋梁中存在諸多因素會導(dǎo)致橋梁發(fā)生事故，對這些因素的研究有助于我們對橋梁事故更好的預(yù)測和分析，可以更好地避免事故發(fā)生，減少人員傷亡和財產(chǎn)的損失，因此，橋梁監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測的因素主要有以下幾方面。( 1) 荷載。包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載等。( 2) 幾何監(jiān)測。監(jiān)測橋梁各部位的靜態(tài)位置、動態(tài)位置、沉降、傾斜、線形變化、位移等。( 3) 結(jié)構(gòu)的靜動力反應(yīng)。監(jiān)測橋梁的位移、轉(zhuǎn)角、應(yīng)變應(yīng)力、索力、動力反應(yīng)( 頻率模態(tài)) 等。( 4) 非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)

7、施。支座、振動控制設(shè)施等。2.2 橋梁事故的事故樹分析針對可能發(fā)生的橋梁事故，分析導(dǎo)致的原因事件，然后根據(jù)這些原因事件建造事件樹，確定成立的事故方案，并應(yīng)用ANSYS軟件等工具計算出橋梁結(jié)構(gòu)在各種可能原因事件以及各種可能事故方案的作用下的空間應(yīng)力狀態(tài)；最后通過對這些可能事故方案的分析來確定事故的原因及機(jī)理。具體分析過程如圖2所示。圖2 基于可靠性的事故分析模型如果某工程事故在事故原因調(diào)查分析時通過專家意見、現(xiàn)場調(diào)查、文獻(xiàn)搜集以及回顧等確定有3 種可能事故原因事件(E1,E2,E3 )，則有6種可能事故方案，如圖3所示。圖3 所有可能引起事故的方案在完成事件樹建造之后，下一步就是對每個破壞事件進(jìn)

8、行品質(zhì)分析(也即這些事件發(fā)生的條件概率)和確定每種事故方案的發(fā)生概率. 如果事故方案中的某一事件的條件概率小于事故發(fā)生的極限概率值，則認(rèn)為該事故方案不成立，而只需要對那些成立的方案進(jìn)行分析，如圖4所示.圖4 研究的事故方案通過上述理論，可以形成事件樹分析法對事故分析步驟.(1) 確定或?qū)ふ铱赡軐?dǎo)致事故的事件. 破壞事件可通過專家意見、工程現(xiàn)場調(diào)查、文獻(xiàn)搜集以及回顧等確定；(2) 確定可能導(dǎo)致事故嚴(yán)重后果的初因破壞事件，所有的事故失效事件都有可能是初因失效事件；并對初因事件進(jìn)行分類，對于那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件可劃分為一類；(3) 建造事件樹，對事件進(jìn)行分析，排除包含事件的條件概率小于極

9、限失效概率值的事故方案，確定成立的事故方案；(4) 對事故方案進(jìn)行仿真計算，計算出各種事件作用時對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)影響，并比較分析確定這些事件對事故的權(quán)重；(5) 評價被調(diào)查的事故方案發(fā)生的可能性，找出事故原因.3、橋梁傳感器3.1 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)中的傳感器橋梁檢測系統(tǒng)中由于檢測的因素過多，因此會使用到種類眾多的傳感器，具體傳感器類型包括：(1)應(yīng)變/溫度傳感器測量混凝土構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)變和溫度的分布。(2)斜拉鎖索力計(錨索計和智能拉索）測量斜拉索索力。(3)靜力水準(zhǔn)儀測量橋梁沿橋軸線方向各斷面的相對高程變化、即撓度。(4)傾角計測量橋梁墩柱、索塔、箱梁等構(gòu)件偏轉(zhuǎn)角。(5)加速度/速度計測量橋梁運(yùn)營過

10、程中自振和強(qiáng)迫振動的動態(tài)特性。(6)位移計測量斜拉橋索塔與主梁之間相對縱向位移。(7)橋梁線形及變位永久監(jiān)測網(wǎng)由基準(zhǔn)站、測站和監(jiān)測點(diǎn)構(gòu)成，定期監(jiān)測橋梁幾何線形變化。3.2 橋梁中針對不同因素所使用的傳感器 橋梁中的不同因素由于性質(zhì)差別大，則需要選擇相應(yīng)的傳感器，下面是針對不同的因素所使用的相應(yīng)傳感器：( 1) 荷載。包括風(fēng)、地震、溫度、交通荷載等。所使用的傳感器有: 風(fēng)速儀 記錄風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)程歷史, 連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得風(fēng)功率譜; 溫度計記錄溫度、溫度差時程歷史; 動態(tài)地秤記錄交通荷載流時程歷史, 連接數(shù)據(jù)處理后可得交通荷載譜;強(qiáng)震儀 記錄地震作用; 攝像機(jī) 記錄車流情況和交通事故。( 2)

11、 幾何監(jiān)測。監(jiān)測橋梁各部位的靜態(tài)位置、動態(tài)位置、沉降、傾斜、線形變化、位移等。所使用的傳感器有: 位移計、傾角儀、GPS、電子測距器( EDM) 、數(shù)字像機(jī)等。( 3) 結(jié)構(gòu)的靜動力反應(yīng)。監(jiān)測橋梁的位移、轉(zhuǎn)角、應(yīng)變應(yīng)力、索力、動力反應(yīng)( 頻率模態(tài)) 等。所使用的傳感器有: 應(yīng)變儀記錄橋梁靜動力應(yīng)變應(yīng)力, 連接數(shù)字處理后可得構(gòu)件疲勞應(yīng)力循環(huán)譜; 測力計( 力環(huán)、磁彈性儀、剪力銷) 記錄主纜、錨桿、吊桿的張拉歷史; 加速度計 記錄結(jié)構(gòu)各部位的反應(yīng)加速度、連接數(shù)據(jù)處理后可得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。( 4) 非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施。支座、振動控制設(shè)施等。3.3 橋梁中針對不同因素監(jiān)測方式和頻率 橋梁中涉及到的因

12、素有靜態(tài)的有動態(tài)的，有有形的有無形的，因此針對不同的因素要采取不同的方法和頻率。依據(jù)橋梁中不同因素所屬的種類不同，將相應(yīng)因素進(jìn)行了相應(yīng)的分類，同時給出了相應(yīng)的監(jiān)測手段。下表1中具體列出了不同因素的監(jiān)測方式和頻率。表1 不同因素的分析表4、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的具體實(shí)施方案在橋梁監(jiān)測系統(tǒng)中不同的功能目標(biāo)所要求的監(jiān)測項(xiàng)目不盡相同. 絕大多數(shù)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項(xiàng)目都是從結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評估出發(fā)的,個別也兼顧結(jié)構(gòu)設(shè)計驗(yàn)證甚至部分監(jiān)測項(xiàng)目以橋梁問題的研究為目的.如果監(jiān)測系統(tǒng)考慮具有結(jié)構(gòu)設(shè)計驗(yàn)證的功能,那就要獲得較多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別所需要的信息,因此,對于大型橋梁,需要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/ 拉索各部位,

13、以獲得較為詳細(xì)的結(jié)構(gòu)動力行為并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計時的動力分析模型和響應(yīng)預(yù)測,另外,在支座、擋塊以及某些聯(lián)結(jié)部位需安設(shè)傳感器獲取反映其傳力、約束狀況等的信息.4.1 橋梁監(jiān)測方案中組成部分（1）硬件部分監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要用于橋梁參數(shù)的采集和數(shù)據(jù)處理，在監(jiān)控分中心設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理，并設(shè)置工作站計算機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，在橋梁現(xiàn)場設(shè)置網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和采集，在橋梁的不同位置設(shè)置原始數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行橋梁實(shí)時狀態(tài)的監(jiān)測。原始數(shù)據(jù)采集設(shè)備如下：(1)風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)測設(shè)備成橋后風(fēng)荷載是橋梁結(jié)構(gòu)的主要動力荷載之一。在風(fēng)荷載作用下，橋梁的主要構(gòu)件索、梁和塔都將產(chǎn)生振動，引起疲勞

14、損傷累積，導(dǎo)致橋梁抗力衰減。通過監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向，統(tǒng)計最大風(fēng)速值、風(fēng)荷載脈動特性及風(fēng)功率譜密度等，可以得出結(jié)構(gòu)的風(fēng)與結(jié)構(gòu)響應(yīng)關(guān)系，從而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)致振動的分析。(2)環(huán)境溫度監(jiān)測設(shè)備通過環(huán)境溫度的監(jiān)測，可以分析環(huán)境溫度對結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)的影響，以使基于靜力測試的識別方法能更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)；可以分析環(huán)境溫度對振動特性的影響，以使基于振動測試的損傷檢測方法能更準(zhǔn)確；可以預(yù)測可能出現(xiàn)的極限環(huán)境溫度荷載。同時，空氣濕度對結(jié)構(gòu)的耐久性影響也較大。環(huán)境監(jiān)測中溫度和濕度的監(jiān)測對于分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展?fàn)顟B(tài)是重要的參數(shù)指標(biāo)，另外溫濕度監(jiān)測可以為系統(tǒng)采集站設(shè)備的工作環(huán)境控制提供參考數(shù)據(jù)。(3)結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測

15、設(shè)備構(gòu)件溫度的分布狀況將直接影響到結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力狀態(tài)，構(gòu)件溫度場中的溫差效應(yīng)的實(shí)際分布也是設(shè)計單位關(guān)心的一個重要結(jié)構(gòu)參數(shù)；對結(jié)構(gòu)溫度分布情況的監(jiān)測可以用于分析結(jié)構(gòu)溫度場對結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)的影響，以使基于靜力測試的識別方法能更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)；可以幫助分析結(jié)構(gòu)溫度場對振動特性的影響，以使基于振動測試的損傷檢測方法能更準(zhǔn)確。因此溫度荷載的監(jiān)測可以幫助考察可能出現(xiàn)的極限溫度場荷載，為結(jié)構(gòu)分析提供幫助。另外溫度場監(jiān)測可為部分監(jiān)測設(shè)備做溫度補(bǔ)償。(4)地震監(jiān)測設(shè)備地震荷載的監(jiān)測是指在地震事件或船舶撞擊下監(jiān)測大橋橋址處的地震動加速度時程及其頻譜，為結(jié)構(gòu)整體和局部的動靜力響應(yīng)及災(zāi)后評估提供依據(jù)，為大橋管

16、理部門處理突發(fā)事件提供資料。(5)動態(tài)交通荷載監(jiān)測交通荷載的監(jiān)測一方面可以對運(yùn)營期大橋的交通量進(jìn)行統(tǒng)計，對過橋的車輛軸重、速度、車長進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)車輛超載時可給出預(yù)警。另一方面，車輛交通荷載的監(jiān)測可以為結(jié)構(gòu)響應(yīng)大小提供對比的參照，提供橋梁是否處于無車輛活荷載的近似恒載的判斷依據(jù)，作為橋梁恒載狀態(tài)對比分析的前提條件。(6)結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測設(shè)備對構(gòu)件應(yīng)力的監(jiān)測可以分析求解出測點(diǎn)的應(yīng)力狀況。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力是重要的結(jié)構(gòu)局部信息，一旦應(yīng)力超限，便可能導(dǎo)致材料開裂或破壞，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件和橋梁的破壞。應(yīng)變指標(biāo)是運(yùn)營期間安全性預(yù)警的重要信息，也是結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析的參考信息，尤其對一些關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位(如主梁跨中、主梁支

17、座頂部、橋塔根部等)，必須對其進(jìn)行監(jiān)測。(7)主梁撓度監(jiān)測設(shè)備橋梁主梁撓度直接反應(yīng)了主梁當(dāng)前的整體受力狀態(tài)，橋梁撓度也是監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警和安全評定的主要指標(biāo)。(8)索塔傾斜監(jiān)測設(shè)備橋塔是斜拉橋的主要承重構(gòu)件，橋塔一旦出現(xiàn)較大傾斜，整個斜拉橋會有傾覆的危險。另外橋塔沿橋縱向傾斜也是索力不均勻分布的表現(xiàn)。(9)主梁及索塔空間變位監(jiān)測設(shè)備主梁和索塔的空間變位是反映大橋安全狀態(tài)及進(jìn)行內(nèi)力狀態(tài)評估分析的重要參數(shù)，是結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的重要指標(biāo)。(10)整體位移監(jiān)測設(shè)備斜拉橋主梁在溫度作用下會發(fā)生縱向變形，這種縱向變形將通過伸縮縫處主梁端部位移來反映。伸縮縫處主梁端部位移與溫度之間具有一定的對應(yīng)關(guān)系，通過監(jiān)測可以掌

18、握主梁縱向變形情況，如果主梁的縱向變形異常(變形未被釋放)，則會導(dǎo)致主梁出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力，這對主梁安全將產(chǎn)生危險。(11)斜拉索索力監(jiān)測設(shè)備斜拉索是斜拉橋最重要的受力構(gòu)件，斜拉索索力的變化直接反映橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，關(guān)系到整座大橋的安全，通過索力的監(jiān)測能夠?yàn)檫\(yùn)營期間的安全性提供直接的預(yù)警信息和狀態(tài)評估信息。(12)動力特性監(jiān)測設(shè)備橋梁動力特性參數(shù)的變化(頻率、振型、模態(tài)阻尼系數(shù))是橋梁構(gòu)件性能改變的標(biāo)志。橋梁的振動水平(振動幅值)反映橋梁的安全運(yùn)營狀態(tài)。橋梁自振頻率的降低、橋梁局部振型的改變可能預(yù)示著結(jié)構(gòu)的剛度降低和局部破壞，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷評估的重要依據(jù)。(13)腐蝕監(jiān)測設(shè)備橋墩支撐著整

19、個橋梁，一旦出現(xiàn)問題，后果極其嚴(yán)重。橋墩所處位置環(huán)境惡劣，各種腐蝕因素會導(dǎo)致橋墩混凝土耐久性降低，通過對橋墩處混凝土耐久性CL一腐蝕進(jìn)程監(jiān)測，能及時掌握橋墩混凝土的腐蝕程度，在腐蝕速度過快或腐蝕程度過大時可及時進(jìn)行補(bǔ)救。在橋梁現(xiàn)場設(shè)置的工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，將光信號和模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過光纜傳輸?shù)奖O(jiān)控分中心，在現(xiàn)場的工作站設(shè)置一套同步時鐘系統(tǒng)，以保證各個設(shè)備采集數(shù)據(jù)的同時性。（2）軟件部分監(jiān)測系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)全橋整體狀態(tài)的監(jiān)測，離不開最后軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與處理，其中，又可以把軟件系統(tǒng)分為三大塊，分別是：(1)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)是整個監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的首要條件，通過這個子系統(tǒng)，

20、實(shí)現(xiàn)了對傳感器信號的采集、處理、存儲、傳輸與顯示功能，現(xiàn)場設(shè)備與數(shù)據(jù)服務(wù)器緊密聯(lián)系，可以隨時對所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。(2)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)這個子系統(tǒng)是橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的核心，它完成橋梁巡檢、養(yǎng)護(hù)管理及預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)巡檢動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入、存儲、導(dǎo)出、上傳功能。達(dá)到橋梁監(jiān)測系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)接收與處理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲等功能，并通過WEB統(tǒng)一門戶形式，提供給用戶使用。(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的規(guī)模和系統(tǒng)功能要求，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫軟件，作為結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及共享的平臺。這個子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。軟件部分三個子系統(tǒng)實(shí)際上是密不可分的，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，不

21、僅僅是自動采集的，也包括人工巡檢后錄人數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。其中橋墩變位、斜拉索索力、斜拉索探傷、鋼結(jié)構(gòu)焊縫探傷、腐蝕、混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土裂縫測量、橋面線形、橋面狀況、混凝土表觀狀況、鋼結(jié)構(gòu)狀況、斜拉索狀況、阻尼器狀況、伸縮縫狀況、支座狀況、橋梁的抗震設(shè)施、人行通道、護(hù)欄狀況、其他設(shè)施狀況等都需要人工巡檢后錄入。4.2 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)中的布置 橋梁中傳感器/作動器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則無論是以靜力作用下的結(jié)構(gòu)參數(shù)識別還是動力作用下橋梁的模態(tài)識別為主要目的的監(jiān)測情況，下面一些優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則是常用（1）識別(傳遞)誤差最小準(zhǔn)則該方法的要點(diǎn)是連續(xù)對傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，直至識別(傳遞)目標(biāo)的誤差達(dá)到最小

22、值為至?；舅枷胧侵鸩较滥切δ繕?biāo)參量的獨(dú)立性貢獻(xiàn)最小的自由度，以使目標(biāo)的空問分辯率達(dá)到最佳程度；該準(zhǔn)則即適于靜力作用下的結(jié)構(gòu)參數(shù)識別也適于動力作用下橋梁的模態(tài)識別。（2）模型縮減準(zhǔn)則在模型縮減中常常將系統(tǒng)自由度區(qū)分為主要自由度和次要自由度，縮減以后的模型應(yīng)保留主要自由度而去掉次要自由度。將傳感器配置于這些主要自由度上測得的結(jié)構(gòu)效應(yīng)或響應(yīng)，應(yīng)能較好的反映結(jié)構(gòu)的動、靜力特性。（3）插值擬合準(zhǔn)則有時傳感器優(yōu)化配置的目的是為了利用有限測點(diǎn)的效應(yīng)(對動力而言為響應(yīng))來獲得未測量點(diǎn)的響應(yīng)。這時可采用插值擬合的方法獲得目標(biāo)點(diǎn)(未測量點(diǎn))的響應(yīng)，為了得到最佳效果，可采用插值擬合的誤差最小原則來配置傳感器。

23、（4）模態(tài)應(yīng)變能準(zhǔn)則其基本思想是具有較大模態(tài)應(yīng)變能的自由度上的響應(yīng)也比較大，將傳感器配置于這些自由度所對應(yīng)的位置上將有利于參數(shù)識別。這一方法需要借助有限元分析法。針對以上原則設(shè)計出最好的實(shí)驗(yàn)方案，由于不同橋梁的設(shè)計方案不盡相同，在此不一一贅述。4.3 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)總體運(yùn)行橋梁監(jiān)測系統(tǒng)由外場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的歸納分析，對橋梁的整體狀態(tài)進(jìn)行評估，并根據(jù)橋梁的初始狀態(tài)暨通車前交工后的狀態(tài)和正常運(yùn)營時的狀態(tài)進(jìn)行對比，設(shè)定橋梁危險信號的預(yù)警值，當(dāng)系統(tǒng)分析橋梁不安全時，會自動發(fā)出警報，實(shí)現(xiàn)盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理的管理方式，可以提前規(guī)避重大事故的發(fā)生。5、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的方法5.1 分析

24、數(shù)據(jù)的相應(yīng)方法（1）有限元法有限元“化整為零”的思想十分簡單明了. 它把一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解成相對簡單的“單元”,各單元之間通過結(jié)點(diǎn)相互連接. 單元內(nèi)的物理量由單元結(jié)點(diǎn)上的物理量按一定的假設(shè)內(nèi)插得到,這樣就把一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)從無限多個自由度簡化為有限個單元組成的結(jié)構(gòu). 只要分析每個單元的力學(xué)特性,然后按照有限元法的規(guī)則把這些單元“拼裝”成整體,就能夠得到整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性.進(jìn)行有限元分析,可以基于計算機(jī)語言編程,如: Fortran和Matlab等. 同時,亦有眾多的有限元商用軟件流行,其中平面分析的有限元軟件有:國內(nèi)有橋梁博士、橋梁通和GQJX,國外有Midas等; 空間分析的通用有限元軟件大多為

25、國外的,有:Midas,ANSYS, NASTRAN, AD INA和ABAQUS等,它們包含眾多單元類型,能求解各類問題.5.2 數(shù)據(jù)處理流程（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理這一過程在數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)完成,主要進(jìn)行簡單的統(tǒng)計運(yùn)算,如:設(shè)定時段內(nèi)的最大值、最小值、均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差等,計算結(jié)果作為初級預(yù)警的輸入.（2）數(shù)據(jù)的二次處理在數(shù)據(jù)處理與分析服務(wù)器上進(jìn)行,主要計算方法, 如: 傅立葉變換、HHT 變換和小波變換等及其他方法,流程如圖1所示. 其中動力數(shù)據(jù)處理的具體方法及其比較見表2.圖2數(shù)據(jù)二次處理計算方法及流程框圖（3）數(shù)據(jù)后處理主要進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的高級分析,如:實(shí)時模態(tài)分析、橋梁特征量與環(huán)境因素之間的相

26、關(guān)性分析和非線性回歸分析等. 由于這些方法常需占用一定的計算時間,這一過程往往離線進(jìn)行,分析數(shù)據(jù)來自動態(tài)數(shù)據(jù)庫和已備份的原始數(shù)據(jù)庫.5.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理與傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理工作由數(shù)據(jù)采集單元完成，以對信號進(jìn)行調(diào)理、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，以及進(jìn)行簡單的統(tǒng)計處理，并將信號通過系統(tǒng)主干光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)處理與控制服務(wù)器。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元同時管理本地NAS存儲，當(dāng)上位機(jī)或主干網(wǎng)故障時，現(xiàn)場采集單元通過降檔控制繼續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作，并保證經(jīng)預(yù)處理的采集數(shù)據(jù)在本地NAS保存30d。5.4 數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)運(yùn)行在監(jiān)控分中心的橋梁監(jiān)測工作站上，通過網(wǎng)中網(wǎng)連接并控制各被測橋梁的現(xiàn)場控制單元，并經(jīng)由

27、現(xiàn)場控制單元與現(xiàn)場安裝的傳感器和采集設(shè)備通訊。運(yùn)行數(shù)據(jù)處理與分析軟件的橋梁監(jiān)測工作站應(yīng)裝備足夠的緩沖內(nèi)存、網(wǎng)卡、適當(dāng)?shù)膫浞菰O(shè)備、光纖網(wǎng)絡(luò)接口和執(zhí)行數(shù)據(jù)處理分析的操作模塊；數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)管理一個橋梁信息數(shù)據(jù)庫和一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，橋梁信息數(shù)據(jù)庫用于存儲采集到的原始數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、評估報告、橋梁運(yùn)營檔案等相關(guān)信息。動態(tài)數(shù)據(jù)庫用于保存橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前的原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果。動態(tài)數(shù)據(jù)庫信息保存30 ；橋梁信息數(shù)據(jù)庫中的信息通過定期存檔、備份作永久保存，以保持?jǐn)?shù)據(jù)連續(xù)性。5.5 系統(tǒng)集成系統(tǒng)硬件由傳感器、現(xiàn)場采集設(shè)備、通信鏈路、供電電路、接地防雷設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站等組成。根據(jù)總體功能要求及現(xiàn)場環(huán)境條件，數(shù)

28、據(jù)采集系統(tǒng)采用分布式布置監(jiān)控中心設(shè)一遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系：控制數(shù)據(jù)采集單元工作、監(jiān)視運(yùn)行情況、進(jìn)測行結(jié)構(gòu)安全評估的等工作。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在數(shù)據(jù)采集單元與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站之間完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的交換各橋橋址處均設(shè)立結(jié)構(gòu)線形和變位永久觀測網(wǎng)，由基準(zhǔn)站、觀測站和監(jiān)測點(diǎn)組成。6、結(jié)束語橋梁監(jiān)測系統(tǒng)為運(yùn)營期橋梁科學(xué)有序的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營管理提供了一個平臺，建立了橋梁監(jiān)控系統(tǒng)全壽命期大橋的數(shù)字化、信息化“檔案”，對大橋整體與局部性能、工作狀態(tài)做出評估，對構(gòu)件異?，F(xiàn)象及時作出判斷并找出原因，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，通過制定合理、主動、預(yù)防性的養(yǎng)護(hù)措施，有效地掌控了運(yùn)營期橋梁的結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)及其發(fā)展演化趨勢，有效地降低了橋梁全壽命期的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)成本，最大限度延長了橋梁的使用年限，這是科技的進(jìn)步與發(fā)展。【參考