南京四橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)介紹

中交公路規(guī)劃設(shè)計院限公司CCCCHIGHWAYCONSULTANTSCO.,LTD.

南京長江第四大橋懸索橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介交融天下建者無疆中國公路勘察設(shè)計學(xué)協(xié)會換屆暨優(yōu)秀公路勘察設(shè)計技術(shù)交流會昆明

中國2015年9月17日-18日匯報提綱項目背景1系統(tǒng)設(shè)計主要創(chuàng)新點11213系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹河北江蘇安徽廣東浙江福建西藏云南廣西新疆四川青海黑龍江內(nèi)蒙古1、項目背景橋梁總長：2.476km（懸索橋）/5.451km主橋結(jié)構(gòu)體系：半漂浮體系三跨連續(xù)雙塔

鋼箱梁懸索橋

橋跨布置：576.2+1418+481.8=2476米下部基礎(chǔ)：變直徑鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)

（D3.2m～D2.8m）設(shè)計單位：HPDI通車時間：2012年12月24日全橋總投資：68.6億元（28.996km）；（同類型橋梁）世界第三、中國第一被譽為“中國的金門大橋”（1280m，1937/05/27）南京長江第四大橋懸索橋主橋等級：平原微丘區(qū)高速公路設(shè)計行車速度：100km/h橋梁寬度：

雙向六車道38.8m設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級（車輛）設(shè)計基準(zhǔn)期：100年地震基本烈度：Ⅶ度（按實測地震動參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析，按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行抗震設(shè)防）風(fēng)參數(shù)：運營期重現(xiàn)期100年

設(shè)計基本風(fēng)速為31.2m/s船舶撞擊荷載：

南塔：平行于航道方向取105.1MN，垂直于航道方向取52.6MMN；

北塔：平行于航道方向取35.7MN，垂直于航道方向取18MN船撞。其余：交通部《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2004）南京長江第四大橋懸索橋主橋結(jié)構(gòu)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1、項目背景1、項目背景長大橋的運營期監(jiān)管巡檢養(yǎng)護(hù)的理念：（管理模式、環(huán)境、車輛荷載、建設(shè)材料、構(gòu)造特點、約束體系、受力特點、運營期結(jié)構(gòu)風(fēng)險分析）→確定養(yǎng)護(hù)體系（專業(yè)養(yǎng)護(hù)、綜合評估）→養(yǎng)護(hù)規(guī)劃→養(yǎng)護(hù)計劃→養(yǎng)護(hù)手冊→監(jiān)測、檢測、檢查工作內(nèi)容→養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、養(yǎng)護(hù)定額→局部加固（更換維修）設(shè)計→局部加固（更換維修）施工

養(yǎng)護(hù)理念

建立專業(yè)化的養(yǎng)護(hù)管理平臺“主動預(yù)防性”養(yǎng)護(hù)的思想巡檢、監(jiān)測和試驗技術(shù)相結(jié)合項目目標(biāo)：

基于全壽命設(shè)計理念，在橋梁專業(yè)工程監(jiān)控領(lǐng)域引入傳感測試、計算機及信息技術(shù)等，建立“橋梁電子檔案”，輔助特大型橋梁運營期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)管養(yǎng)護(hù)工作，提高數(shù)字化、信息化、專業(yè)化橋梁管養(yǎng)科技水平，實現(xiàn)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)目標(biāo)。遵循、參考國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范：《公路工程特殊橋梁項目設(shè)計文件編制辦法》(2015)69號--2015年08-01執(zhí)行；《建筑與橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50892-2014)-2015年08-01執(zhí)行《公路橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（交通運輸部JTJ—報審稿）《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》JTGH11-2004《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJTH21-2011）《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T21-2011）《大跨徑懸索橋斜拉橋養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（報審稿）（江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)）《巖土工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測手冊》中國水力電力出版社，2009《工程振動測量儀器和測試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中國計量出版社，1999《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB/T50343-2004《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》GB/T50311-2007《計算機軟件需求規(guī)格說明規(guī)范》GB/T9385-2008《計算機軟件可靠性和可維護(hù)性管理》GB/T14394-2008……………1、項目背景遵循、參考國外意見、手冊、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)：《給南京四橋健康監(jiān)測系統(tǒng)文件的咨詢意見》（日本長大公司）《道路和橋梁設(shè)計手冊第3卷公路結(jié)構(gòu)檢查和養(yǎng)護(hù)》（英國）GuidelinesforStructuralHealthMonitoring,DesignManual,ISISCANADA,2001DevelopmentofaModelHealthMonitoringGuideforMajorBridges,FederalHighwayAdministrationResearchandDevelopment,2002State-of-the-ArtReport,StructuralHealthMonitoring,fibTaskGroup5.1,2002MechanicalVibration—EvaluationofMeasurementResultsfromDynamicTestsandInvestigationsonBridges,ISO/DIS18649:2002(E)歐洲動態(tài)稱重標(biāo)準(zhǔn)COST323AccuracyClasses

《NationalBridgeInspectionStandards》FHWA,2004“Rion-AntirionBridgeInspection&MaintenanceManual”,2004……………1、項目背景結(jié)構(gòu)安全綜合評估宏觀受力專項評估結(jié)構(gòu)空間變位結(jié)構(gòu)動力特性結(jié)構(gòu)邊界條件、整體剛度…耐久性專項評估涂層劣化錨碇滲水、化學(xué)元素侵蝕主纜、鋼箱梁、主鞍溫濕度…易損性專項評估復(fù)合澆筑瀝青鋼橋面鋪裝局部破壞及鋼箱梁疲勞裂紋支座損壞、落空、位移超限錨碇分布傳力式錨固系統(tǒng)錨固區(qū)應(yīng)力吊索索夾螺桿松弛鋼混結(jié)構(gòu)結(jié)合部開裂混凝土結(jié)構(gòu)裂縫吊索銷軸襯套磨損…吊索振動、索力使用性能專項評估車輛荷載伸縮縫伸縮量機電系統(tǒng)、交安設(shè)施橋面平整度專項評估…1、項目背景匯報提綱項目背景1系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹系統(tǒng)設(shè)計主要創(chuàng)新點11213專項分析評估綜合分析評估國家和行業(yè)橋梁設(shè)計、養(yǎng)護(hù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程橋梁安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)程（報批階段；交通運輸部）；建筑與橋梁監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部）信息化行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)（信息產(chǎn)業(yè)部）歐、美、日、韓等國的監(jiān)測手冊、規(guī)程2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹（1）環(huán)境和荷載監(jiān)測項：重要的自然環(huán)境參數(shù)（風(fēng)速/風(fēng)向、溫濕度（主纜、錨碇、鋼箱梁、主鞍罩）、地震）重要的運營交通車輛荷載（動態(tài)交通荷載WIM）;主墩防船撞鋼套箱及護(hù)舷視頻監(jiān)測；復(fù)合澆筑式瀝青鋪裝層溫度梯度（2）結(jié)構(gòu)局部、整體響應(yīng)：懸索橋整體空間變位及剛度監(jiān)測；（包括主梁、索塔橫縱橋向、縱橋向及豎向位移）鋼箱梁關(guān)鍵代表性截面正交異性鋼橋面板的疲勞應(yīng)力監(jiān)測（動應(yīng)變及溫度梯度）；結(jié)構(gòu)整體動力及振動特性監(jiān)測（結(jié)構(gòu)頻率和振型）；2、系統(tǒng)功能及設(shè)計南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測點平面布置圖（Sensors：12類/188個）南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)代表性監(jiān)測儀器…2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹WEB服務(wù)器實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器KVM視頻切換器GPS時間同步系統(tǒng)GPS服務(wù)器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控中心代表性監(jiān)控設(shè)備2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹風(fēng)荷載環(huán)境溫濕度動態(tài)交通車輛荷載結(jié)構(gòu)振動南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)-----監(jiān)測項目代表性軟件界面（兼具預(yù)警）2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)巡檢管理子系統(tǒng)架構(gòu)2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹2、系統(tǒng)功能及設(shè)計南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)巡檢管理子系統(tǒng)巡檢管理軟件設(shè)計代表性流程曉斌補充2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)巡檢管理子系統(tǒng)巡檢管理軟件---代表性用戶界面巡檢計劃制定界面巡檢日歷界面巡檢任務(wù)查詢界面維修措施界面南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)巡檢管理子系統(tǒng)---巡檢養(yǎng)護(hù)手冊節(jié)選2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹南京長江第四大橋懸索橋監(jiān)測系統(tǒng)---數(shù)據(jù)分析報告（2014年度節(jié)選）2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：2014年度數(shù)據(jù)分析報告(代表性節(jié)選）---索塔船撞監(jiān)測采用視頻和振動監(jiān)測相結(jié)合的方案：（1）采用3個攝像機對索塔防撞套箱和護(hù)弦進(jìn)行監(jiān)控，24小時在線監(jiān)控，可提供照片作為執(zhí)法依據(jù)；（2）對索塔遭受的沖擊振動進(jìn)行監(jiān)測,并兼具基于圖像識別技術(shù)的軟件觸發(fā)報警功能。2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：2014年度數(shù)據(jù)分析報告(代表性節(jié)選）---校驗系數(shù)分析14#車通過時刻中跨1/4跨GPS測點撓度變化時程曲線2014-01-0915:39:13時刻梁近中跨1/4跨GPS測點撓度校驗系數(shù)GPS點位實測撓度（m）環(huán)境參數(shù)作用撓度（m）實際撓度（m）理論撓度（m）校驗系數(shù)梁中跨1/4跨0.4020.5850.1830.3030.604校驗系數(shù)：是評判橋梁承載能力和工作狀態(tài)的一個重要指標(biāo)參數(shù)。校驗系數(shù)為0.604<1，說明大橋結(jié)構(gòu)剛度滿足要求，橋梁結(jié)構(gòu)整體工作性能良好。2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹大橋成橋荷載試驗、2013年、2014年年度分析報告中結(jié)構(gòu)動力特性基準(zhǔn)頻率、前5階振型變化?。?.001-0.002），大橋結(jié)構(gòu)的剛度和約束體系狀況良好，結(jié)構(gòu)整體受力性能無退化。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：2014年度數(shù)據(jù)分析報告(代表性節(jié)選）---結(jié)構(gòu)動力特性專項評估分析巡檢管理子系統(tǒng)平臺代表性應(yīng)用2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹基于橋梁“專業(yè)化、信息化、數(shù)字化”巡檢管理要求，從通車開始收集建立“電子橋梁檔案”。圍繞監(jiān)測系統(tǒng)平臺，2年來各施工、檢測、監(jiān)測專業(yè)隊伍（中交第二航務(wù)工程局有限公司、中鐵大橋局股份有限公司、山東省路橋集團有限公司、公規(guī)院）對大橋進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)檢查，包括經(jīng)常性經(jīng)常、定期檢查、索力檢測、鋼結(jié)構(gòu)無損檢測和除濕系統(tǒng)維護(hù)，所有相關(guān)監(jiān)測、檢測、維護(hù)技術(shù)成果均按平臺巡檢管理要求數(shù)字化、信息化、專業(yè)化錄入監(jiān)測系統(tǒng)，建立初始維護(hù)檔案；主纜索夾緊固及主纜維護(hù)用戶使用評價及意見2、系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹匯報提綱項目背景1系統(tǒng)代表性功能及開發(fā)成果介紹系統(tǒng)設(shè)計主要創(chuàng)新點112132、系統(tǒng)設(shè)計主要創(chuàng)新點基于全球定位、衛(wèi)星導(dǎo)航和云技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了特大跨徑懸索橋空間變位（包括主纜、索塔和加勁梁）多元數(shù)據(jù)融合分布式監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了特大跨徑懸索橋運營期全天候空間變位的高精度實時同步監(jiān)測，有效地保障了南京四橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性、可靠性以及數(shù)據(jù)分析的專業(yè)針對和有效性?；诙嘣獢?shù)據(jù)融合全球定位和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的變形監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步解算原理基于精密高溫測量技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了復(fù)合澆注式瀝青鋼箱梁鋪裝在>220℃施工過程中和運營期使用過程中的溫度場監(jiān)測方案，獲得了南京四橋懸索橋復(fù)合澆注式瀝青鋪裝層在施工和運營過程中連續(xù)不間斷的溫度場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，為改進(jìn)特大跨徑懸索橋澆注式瀝青鋼箱梁鋪裝技術(shù)和了解運營期本橋正交異性鋼橋面板新型的復(fù)合澆筑瀝青鋪裝層養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。鋼橋面瀝青鋪裝層內(nèi)精密連續(xù)高溫溫度測量技術(shù)溫度數(shù)據(jù)采集流程圖2、系統(tǒng)設(shè)計主要創(chuàng)新點基于超聲波與力平衡傳感技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了特大跨徑懸索橋風(fēng)場環(huán)境、風(fēng)致振動及相關(guān)性的全方位監(jiān)測方案，獲得南京四橋主梁、主纜風(fēng)場參數(shù)對應(yīng)結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)和相關(guān)性分析成果，為實時預(yù)警南京四橋行車安全和舒適度以及大橋結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動（箱梁渦激振動，吊桿抖振等）和鋼結(jié)構(gòu)疲勞安全提供技術(shù)服務(wù)。超聲波測量風(fēng)場參數(shù)原理力平衡傳感器工作原理基于超聲原理和力平衡傳感技術(shù)的風(fēng)致振動相關(guān)性技術(shù)分析2、系統(tǒng)設(shè)計主要創(chuàng)新點設(shè)計并研發(fā)實現(xiàn)了基于多線程調(diào)度處理和算法工廠技術(shù)的數(shù)據(jù)處理、恢復(fù)、存儲與回放實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)方案，實現(xiàn)了南京四橋海量實時數(shù)據(jù)處理、離線數(shù)據(jù)恢復(fù)和歷史數(shù)據(jù)回放，建立了特大跨徑懸索橋數(shù)字化、信息化、專業(yè)化的一體化監(jiān)管協(xié)作管養(yǎng)平臺，主要包括：（1）多線程調(diào)