DB32-T 2880-2016光纖傳感式橋隧結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、施工及維護規(guī)范

ICS93.080.30

P66

備案號：49004-2016DB32

江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB32/T2880-2016

光纖傳感式橋隧結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)

計、施工及維護規(guī)范

Specificationsforstructrualhealthmonitoringsystemdesign,constructionand

maintenanceofbridgesandtunnelsbasedonfiberopticsensing

2016-03-10發(fā)布2016-04-10實施

江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布

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前言

本規(guī)范是根據(jù)江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局文件《關(guān)于下達2014年度第二批江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)項目的通知》

（蘇質(zhì)監(jiān)標(biāo)發(fā)[2014]126號）的要求而制定，在編制過程中，編制組經(jīng)過廣泛調(diào)查研究，認真總結(jié)實踐

經(jīng)驗，參考有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與實踐，并廣泛征求意見，最后經(jīng)審查定稿。

當(dāng)前主要困擾土木交通工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心問題包括：一是傳感技術(shù)，以應(yīng)變傳感器為代表的

局部傳感技術(shù)受局部信息影響大而太局部，難以客觀準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的真實狀態(tài)，捕捉損傷如同大海撈針；

而以加速度計等為代表的整體傳感技術(shù)只能反映結(jié)構(gòu)的整體宏觀狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)局部狀態(tài)改變不敏感。而

且，傳統(tǒng)傳感器的耐久性和長期監(jiān)測穩(wěn)定性較差，與土木交通工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的長期要求存在不適宜

性。二是，當(dāng)前土木交通工程中常用的結(jié)構(gòu)性能與損傷識別方法多針對均質(zhì)和小型結(jié)構(gòu)，對于大型且非

均質(zhì)的土木交通工程結(jié)構(gòu)，存在較大的誤差。本規(guī)范針對上述問題，對當(dāng)前國內(nèi)外適合于土木工程結(jié)構(gòu)

的光纖傳感器進行了總結(jié)，篩選出了適合土木交通工程用的光纖傳感器，并對其選擇、安裝、保護和管

養(yǎng)進行規(guī)范；同時，建立了適合交通基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)及損傷識別、異常分析與預(yù)警、性能評估與

預(yù)測的方法規(guī)范。

本規(guī)范共分十章，主要技術(shù)內(nèi)容：光纖傳感式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、光纖傳感技術(shù)、傳感器布設(shè)

與優(yōu)化、傳感器現(xiàn)場安裝與施工、數(shù)據(jù)采集與處理、結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)與損傷識別、結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)測以

及系統(tǒng)驗收與維護。

本規(guī)范由江蘇省交通運輸廳歸口管理，由東南大學(xué)與蘇交科集團股份有限公司負責(zé)具體技術(shù)內(nèi)容的

解釋。執(zhí)行過程中如有意見或建議，請寄送東南大學(xué)城市工程科學(xué)技術(shù)研究院（地址：南京市四牌樓2#

逸夫建筑館711，郵編：210096），以供今后修訂時參考。

主編單位：東南大學(xué)蘇交科集團股份有限公司

江蘇華通工程檢測有限公司北京特希達科技有限公司

主編：吳智深副主編：張宇峰楊才千

主要起草人員：萬春風(fēng)方達洪萬唐永圣吳智深張宇峰楊才千孫安張建孫震

袁微微楊書仁黃璜陳晨

主審：夏葉飛徐趙東

主要審查人員：朱曉文張紅雷何一

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光纖傳感式橋隧結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、施工及維護規(guī)范

1總則

1.01為了規(guī)范光纖傳感技術(shù)在橋梁、隧道等交通工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高其

使用效率及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、施工和維護管理水平，推動橋隧等交通工程結(jié)構(gòu)的施工、

運營及管養(yǎng)的智能化與科學(xué)化，特制定本規(guī)范。

1.02本規(guī)范適用于橋梁和隧道工程長期與短期、整體與局部的健康監(jiān)測，并可為路面、路

基、邊坡和港口碼頭等結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測提供參考。

1.03系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)堅持長遠規(guī)劃的原則，涵蓋工程結(jié)構(gòu)的建設(shè)及運營整個壽命周期，將施工

監(jiān)測、運營監(jiān)測與管理相結(jié)合，具有連續(xù)性和長期性。

1.04結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)滿足用戶及功能性需求、安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、維護

便利。

1.05傳感元器件應(yīng)具有良好的保護措施和可維護性，并根據(jù)實際需要保證其設(shè)計使用壽命

和足夠的耐久性；傳感元器件更換時，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的延續(xù)性和可繼承性。

1.06基于光纖傳感的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、施工與維護，除執(zhí)行本規(guī)范外，還應(yīng)符合國

家及行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的規(guī)定。

2術(shù)語和符號

2.1術(shù)語

2.1.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)StructuralHealthMonitoringSystem

一種集傳感、數(shù)據(jù)采集與傳輸、結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)與損傷識別、性能評估與預(yù)測技術(shù)為一體

的自動化、信息化監(jiān)測系統(tǒng)，主要由傳感器及采集儀器設(shè)備等硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析及結(jié)構(gòu)分

析等軟件系統(tǒng)構(gòu)成，通過對結(jié)構(gòu)進行連續(xù)性（包括實時或不同頻度）測試，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)當(dāng)前

及未來服役狀況及潛在風(fēng)險進行分析和評估。

2.1.2施工監(jiān)測ConstructionMonitoring

體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路、保證施工過程安全且為施工控制提供數(shù)據(jù)的一種監(jiān)測方式。

2.1.3運營監(jiān)測OperationMonitoring

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為保障被監(jiān)測對象在運營期間的安全，對其進行測試和提供數(shù)據(jù)的一種監(jiān)測方式。

2.1.4連續(xù)監(jiān)測ContinuousMonitoring

以連續(xù)或觸發(fā)控制方式進行不間斷測試和提供數(shù)據(jù)的一種監(jiān)測方式。

2.1.5長期監(jiān)測Long-termMonitoring

在被監(jiān)測對象整個剩余壽命期間或較長一段時間進行不間斷測試和提供數(shù)據(jù)的一種監(jiān)

測方式。

2.1.6在線監(jiān)測OnlineMonitoring

通過安裝在工程結(jié)構(gòu)上的傳感系統(tǒng)對被監(jiān)測對象的狀態(tài)進行實時連續(xù)自動測試、數(shù)據(jù)處

理并上傳至用戶端的一種監(jiān)測方式。

2.1.7監(jiān)測頻度MonitoringFrequency

指單位周期內(nèi)對被監(jiān)測對象測試的次數(shù)。

2.1.8光纖傳感技術(shù)FiberOpticSensing

利用光纖的光學(xué)特性獲取或轉(zhuǎn)換環(huán)境信息的傳感技術(shù)，其中包括光纖傳感器及其解調(diào)設(shè)

備。

2.1.9光纖光柵傳感技術(shù)FiberBraggGratingSensing

以光纖光柵作為敏感元件，通過外場作用下光纖光柵中心波長變化來獲取或轉(zhuǎn)換環(huán)境信

息的一類光學(xué)傳感技術(shù)，包括光纖光柵傳感器及其解調(diào)裝置。

2.1.10基于布里淵散射光纖分布傳感技術(shù)BrillouinScatteringBasedOpticFiberSensing

基于光纖布里淵后散射機理獲取或轉(zhuǎn)換環(huán)境信息并實現(xiàn)分布傳感的一類光學(xué)傳感技術(shù)，

包括光纖傳感器及其解調(diào)裝置。

2.1.11標(biāo)距長度GaugeLength

指傳感器能夠進行有效測量部分的長度。

2.1.12點傳感器PointSensor

測量結(jié)果只能反映被測體局部某點被測物理量的局部傳感器。

2.1.13長標(biāo)距傳感器LongGaugeSensor

測量結(jié)果能夠反映被測體一定特征區(qū)域被測物理量并可通過其串聯(lián)實現(xiàn)區(qū)域分布傳感

的長測量標(biāo)距傳感器。

2.1.14分布光纖傳感技術(shù)DistributedOpticFiberSensing

能夠測量被測體被測物理量沿空間分布的光纖傳感技術(shù)，根據(jù)被測物理量在空間的分布

情況可以分為準(zhǔn)分布光纖傳感和連續(xù)分布光纖傳感。

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2.1.15點式準(zhǔn)分布PointQuasiDistribution

為達到某一特定測量目標(biāo)，將點式傳感器按照設(shè)定的密度分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置的一

種傳感器布設(shè)方法。

2.1.16長標(biāo)距準(zhǔn)分布LongGaugeQuasiDistribution

為達到某一特定測量目標(biāo)，將長標(biāo)距傳感器按照特定密度分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置的一

種傳感器布設(shè)方法。

2.1.17傳感器優(yōu)化布置SensorPlacementOptimization

利用盡可能少的傳感器，將其布置在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，使其能夠達到特定監(jiān)測目標(biāo)的一

種傳感器布設(shè)方法。

2.1.18區(qū)域分布傳感AreasDistributedSensing

為實現(xiàn)大型工程結(jié)構(gòu)的早期損傷和全面技術(shù)狀況監(jiān)測，在對結(jié)構(gòu)進行易損性分析的基礎(chǔ)

上將結(jié)構(gòu)分為若干關(guān)鍵區(qū)域，并在所劃分的關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)采用長標(biāo)距傳感器串聯(lián)進行連續(xù)分布

監(jiān)測的一種傳感技術(shù)。

2.1.19全域分布傳感AllAreasDistributedSesning

為達到某一特定測量目標(biāo)，將長標(biāo)距傳感器串聯(lián)并在結(jié)構(gòu)上進行完全分布的一種布設(shè)方

式。

2.1.20集中采集CentralizedDataCollection

數(shù)據(jù)采集設(shè)備集中且數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一的一種數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.21分散采集DiscreteDataCollection

數(shù)據(jù)采集設(shè)備分散且數(shù)據(jù)采集不統(tǒng)一的一種數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.22混合采集HybridDataCollection

數(shù)據(jù)采集設(shè)備包含集中式和分散式的一種數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.23結(jié)構(gòu)群StructureGroup

由多個相對獨立的同一類型結(jié)構(gòu)或不同類型結(jié)構(gòu)所組成的結(jié)構(gòu)集合。

2.1.24連續(xù)結(jié)構(gòu)群ContinuousStructureGroup

由同一個大型基礎(chǔ)設(shè)施上多個相對獨立且在空間上連續(xù)分布的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)集合。

2.1.25分散結(jié)構(gòu)群DiscreteStructureGroup

由空間上分散且相對獨立的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)集合。

2.1.26應(yīng)變模態(tài)StrainMode

在特定的固有頻率和振型下，結(jié)構(gòu)具有固定的應(yīng)變分布形狀，屬于結(jié)構(gòu)的固有振動特性。

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2.1.27長標(biāo)距（宏）應(yīng)變模態(tài)Macro-StrainMode

在振動的任一時刻，各長標(biāo)距(宏)應(yīng)變的比值保持不變，即振動時應(yīng)變分布形狀保持不

變，將此振動形式稱為長標(biāo)距（宏）應(yīng)變模態(tài)，屬于結(jié)構(gòu)的固有振動特性。

2.1.28結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)識別StructuralConditionParameterIdentification

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)特性，分析和推導(dǎo)出反映結(jié)構(gòu)狀態(tài)的靜力參數(shù)（曲率、撓度、轉(zhuǎn)角、

剛度）、動力參數(shù)（頻率、振型、阻尼）以及受力特性（內(nèi)力、荷載）的過程。

2.1.29有限元模型修正FiniteElementModelUpgrading

依據(jù)相關(guān)測試結(jié)果，利用有效手段修正結(jié)構(gòu)有限元模型參數(shù)，使所建立模型能反映結(jié)構(gòu)

真實狀態(tài)的一種模型修正方法。

2.1.30損傷識別DamageIdentification

基于所測量的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，分析結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化，進而識別結(jié)構(gòu)損傷的過程，其

中包括疲勞裂紋、支座損傷、索損傷、混凝土開裂、腐蝕等損傷識別。

2.1.31荷載識別LoadIdentification

根據(jù)所測到的結(jié)構(gòu)應(yīng)變、位移或其他參量建立模型推算結(jié)構(gòu)荷載的過程。

2.1.32變形識別DeformationIdentification

根據(jù)所測量到的結(jié)構(gòu)應(yīng)變分布建立模型推算結(jié)構(gòu)變形（曲率、撓度、轉(zhuǎn)角）參量的過程。

2.1.33維護管理MaintenanceandManagement

為保持工程結(jié)構(gòu)應(yīng)有的性能而進行的例行檢查、修復(fù)和管理等活動。

2.1.34安全評估SafetyAssessment

通過各種可能的測試手段，分析結(jié)構(gòu)當(dāng)前的工作狀態(tài)，與其臨界失效狀態(tài)進行比較，并

評價其安全等級。

2.1.35異常分析AbnormityAnalysis

在結(jié)構(gòu)正常運營條件下，基于結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)出現(xiàn)與通常不同的表現(xiàn)與特征進行

分析。

2.1.36損傷早期預(yù)測EarlyDamagePredition

通過對結(jié)構(gòu)的高精度監(jiān)（檢）測和異常分析，對結(jié)構(gòu)的初期損傷進行預(yù)測和識別的一種

方法。

2.1.37預(yù)警Early-Warning

在危險發(fā)生前，根據(jù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測、損傷診斷和安全評定結(jié)果，向相關(guān)部門發(fā)出緊急（警告）

信號的過程。

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2.1.38報警Warning

結(jié)構(gòu)性能降低導(dǎo)致其功能低于設(shè)定值而產(chǎn)生的報警，包括由單純監(jiān)測指標(biāo)超越閾值而觸

發(fā)的異常報警和通過性能評估由綜合性能降低而發(fā)出的性能報警。

2.1.39結(jié)構(gòu)性能三層次評估方法StructuralPerformanceTri-hierarchyEvaluation

根據(jù)結(jié)構(gòu)監(jiān)（檢）測數(shù)據(jù)和書面材料，針對不同結(jié)構(gòu)的特點，從結(jié)構(gòu)異常分析與預(yù)警、

結(jié)構(gòu)性能全面評估和結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測三個層次分析和評估結(jié)構(gòu)性能的一種方法。

2.1.40壽命預(yù)測LifePrediction

通過模型和所測數(shù)據(jù)對工程結(jié)構(gòu)的安全存在期限的評估和預(yù)測。

2.2符號

[D]——許用值或閥值

Dm——監(jiān)測值

Fii——損傷識別向量

Ic——基準(zhǔn)時點的狀態(tài)計算值

Im——基準(zhǔn)時點的監(jiān)測值

[I]——閥值

K——剛度

MMSV——宏應(yīng)變模態(tài)向量

N——疲勞壽命

n——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

P——監(jiān)測值的合理值

y——撓度（變形、位移）

——曲率

ε——應(yīng)變

——長標(biāo)距（宏）應(yīng)變

()——應(yīng)變模態(tài)坐標(biāo)

()——宏應(yīng)變模態(tài)坐標(biāo)

γ——光頻率

λ——波長

θ——傾角

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ψ——模態(tài)

ξ——阻尼比

ωn——固有頻率

i——損傷識別指標(biāo)

δir——質(zhì)量規(guī)一化第i單元的r階模態(tài)應(yīng)變

Lcavity——腔長變化；

Lgauge——標(biāo)定腔長

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3基于光纖傳感的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1一般規(guī)定

3.1.1基于光纖傳感的橋隧等交通工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、對象、項目

的特點及精度要求、場地條件和當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗等綜合確定，并應(yīng)經(jīng)濟合理、維護方便。

3.1.2監(jiān)測設(shè)備和傳感元器件應(yīng)滿足監(jiān)測精度、量程和耐久性要求，并應(yīng)穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測

過程中應(yīng)定期進行監(jiān)測設(shè)備的維護、保養(yǎng)和校準(zhǔn)。

3.1.3選用的光纖傳感器應(yīng)具備：性能穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強、耐久性好。

3.1.4監(jiān)測系統(tǒng)的硬件應(yīng)具有良好的可維護性、可更換性，監(jiān)測系統(tǒng)的軟件應(yīng)具有兼容性、

可擴展性、易維護性，且與硬件相匹配。

3.1.5應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、監(jiān)測內(nèi)容、結(jié)構(gòu)荷載形式和結(jié)構(gòu)受力特點，綜合選擇傳感器類型、

布置方式、數(shù)據(jù)采集與傳輸方式、結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)測指標(biāo)。

3.1.6監(jiān)測系統(tǒng)在實施安裝前應(yīng)結(jié)合業(yè)主、設(shè)計和施工各方的意見確定實施方案，監(jiān)測系統(tǒng)

施工不能對工程結(jié)構(gòu)造成破壞或影響其美觀。

3.1.7應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的與需求、重要性及現(xiàn)場條件等，按表3-1選擇結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)類別。

表3-1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)類別

結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)采集設(shè)備采集硬件的分

傳感器要求監(jiān)測頻度

類型類型類別位置布方式

采集設(shè)備在現(xiàn)場或

A1實時在線監(jiān)測

附近采集站

傳感器壽命周期性監(jiān)測（一天數(shù)采集設(shè)備在現(xiàn)場或

長期A2

滿足長期監(jiān)次至一年數(shù)次）附近采集站

監(jiān)測

測要求定期或不定期巡檢

單體結(jié)構(gòu)A集中采集

A3（一個月數(shù)次至一自帶采集設(shè)備

年數(shù)次）

傳感器壽命采集設(shè)備在現(xiàn)場或

短期A4實時在線監(jiān)測

滿足短期監(jiān)附近采集站

監(jiān)測

A5測要求定期或不定期監(jiān)測自帶采集設(shè)備

采集設(shè)備在

B1實時在線監(jiān)測

傳感器壽命區(qū)域工作站

長期分散采集或混

連續(xù)結(jié)構(gòu)群B滿足長期監(jiān)周期性監(jiān)測（一天數(shù)采集設(shè)備在

監(jiān)測B2合采集

測要求次至一年數(shù)次）區(qū)域工作站

B3定期或不定期巡檢自帶采集設(shè)備

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（一個月數(shù)次至一

年數(shù)次）

傳感器壽命采集設(shè)備在

短期B4實時在線監(jiān)測

滿足短期監(jiān)區(qū)域工作站

監(jiān)測

B5測要求定期或不定期監(jiān)測自帶采集設(shè)備

采集設(shè)備在現(xiàn)場或

C1實時在線監(jiān)測

附近采集站

傳感器壽命周期性監(jiān)測（一天數(shù)采集設(shè)備在現(xiàn)場或

長期C2

滿足長期監(jiān)次至一年數(shù)次）附近采集站

監(jiān)測

測要求

定期或不定期巡檢分散采集或混

分散結(jié)構(gòu)群C

C3（一個月數(shù)次至一自帶采集設(shè)備合采集

年數(shù)次）

傳感器壽命采集設(shè)備在現(xiàn)場或

短期C4實時在線監(jiān)測

滿足短期監(jiān)附近采集站

監(jiān)測

C5測要求定期或不定期監(jiān)測自帶采集設(shè)備

注：采集硬件的分布方式（集中采集、分散采集、混合采集）詳見第7章的內(nèi)容。

3.2監(jiān)測內(nèi)容

應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、監(jiān)測目標(biāo)和結(jié)構(gòu)性能評估指標(biāo)，按表3-2合理選擇監(jiān)測內(nèi)容，也可根

據(jù)監(jiān)測需求適當(dāng)增加表中未包括的監(jiān)測內(nèi)容。

表3-2結(jié)構(gòu)監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測內(nèi)容選擇

隧道

剛桁斜懸

監(jiān)測內(nèi)容類別監(jiān)測內(nèi)容梁拱盾新

構(gòu)架拉索

橋橋構(gòu)奧

橋橋橋橋

法法

主梁內(nèi)外溫度★★★★

溫度主拱溫度★

桁架桿件溫度★

車重、軸數(shù)、軸重、

荷載★★★★★★

溫度、荷車速

載與內(nèi)力土壓力隧道管片壓力★

錨桿應(yīng)力隧道錨桿應(yīng)力★

斜拉索索力★

索力吊桿索力★★

系桿內(nèi)力★

結(jié)構(gòu)整體主梁撓度★★★★

變形

狀態(tài)參數(shù)桁架撓度★

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（響應(yīng)）主拱及橋面板（主

★

梁）撓度

隧道縱向沉降★★

隧道環(huán)向變形★★

自振頻率★★★★★★

動力特性

阻尼比★★★★★★

主梁應(yīng)變★★★★

橋塔應(yīng)變★★

主纜應(yīng)變★

主拱應(yīng)變★

應(yīng)變（應(yīng)力）

桁架桿件應(yīng)變★

預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變★★

隧道管片應(yīng)變★

結(jié)構(gòu)局部隧道襯砌應(yīng)變★

狀態(tài)參數(shù)主梁應(yīng)變模態(tài)★★★★

（響應(yīng)）

動力特性主拱應(yīng)變模態(tài)★

桁架應(yīng)變模態(tài)★

裂縫混凝土結(jié)構(gòu)裂縫★★★★★

接縫隧道管片接縫★

鋼筋腐蝕★★★★★

腐蝕鋼構(gòu)件腐蝕★

鋼連接件腐蝕★★★★★★★★

注：★為可選監(jiān)測內(nèi)容，具體選擇方法應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的而定。

3.3系統(tǒng)功能設(shè)計

3.3.1光纖傳感式橋隧結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)包括傳感子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集及傳輸子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)

存儲與管理子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)與損傷識別子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)測子系統(tǒng)，各子系

統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮的主要要素如表3-3所示。

表3-3結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計時應(yīng)考慮的主要要素

傳感器類型、傳感器參數(shù)、傳感器的優(yōu)化布

傳感子系統(tǒng)

置、測點位置

數(shù)據(jù)采集及傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式、傳輸方式

數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢及數(shù)據(jù)庫管理

結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)及損傷識別子系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、參數(shù)識別、損傷識別

結(jié)構(gòu)異常分析與預(yù)警、結(jié)構(gòu)性能評估及預(yù)測

結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)測子系統(tǒng)

并給出橋梁維護建議

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3.3.2傳感子系統(tǒng)：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、結(jié)構(gòu)類型、受力特點和荷載形式選擇合適的光纖傳感

器，并應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的對其布設(shè)方案進行優(yōu)化。

3.3.3數(shù)據(jù)采集及傳輸子系統(tǒng)：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、監(jiān)測內(nèi)容、結(jié)構(gòu)荷載形式選擇合適的采樣

頻率，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場條件選擇傳輸方式。

3.3.4數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)遵循數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性、易操作性、先進性、

開放性、可擴展性、標(biāo)準(zhǔn)化和經(jīng)濟性的基本原則。

3.3.5結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)與損傷識別子系統(tǒng)：對采集軟件所采集的數(shù)據(jù)進行降噪和濾波等預(yù)處理；

對結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)（荷載、變形、動力特性、剛度等）進行識別，計算結(jié)構(gòu)損傷識別指標(biāo)，對

結(jié)構(gòu)進行損傷定位和損傷定量。

3.3.6結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)測子系統(tǒng)：根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)及損傷識別子系統(tǒng)的輸出結(jié)果（狀態(tài)

參數(shù)及損傷識別結(jié)果），對結(jié)構(gòu)進行性能評估與預(yù)測（閥值報警、承載力評估、壽命預(yù)測等）。

3.4系統(tǒng)構(gòu)建

3.4.1光纖傳感式橋隧結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、監(jiān)測類型、監(jiān)測頻度、

采集硬件的分布方式、數(shù)據(jù)傳輸方式、監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測系統(tǒng)功能等因素。

3.4.2對于單體結(jié)構(gòu)，監(jiān)測類型為長期監(jiān)測時，傳感器應(yīng)根據(jù)長期監(jiān)測需求進行設(shè)計，監(jiān)測

頻度根據(jù)需求選擇實時在線或周期性監(jiān)測、定期或不定期巡檢，采集設(shè)備位置可根據(jù)監(jiān)測頻

度選擇在現(xiàn)場、附近采集站或自帶采集設(shè)備，采集硬件的分布方式為集中采集，數(shù)據(jù)解析選

擇在現(xiàn)場、附近采集站或監(jiān)控中心進行；監(jiān)測類型為短期監(jiān)測時，傳感器應(yīng)根據(jù)短期監(jiān)測需

求進行設(shè)計，監(jiān)測頻度可根據(jù)需求選擇實時在線監(jiān)測、定期或不定期巡檢，采集設(shè)備位置可

根據(jù)監(jiān)測頻度選擇在現(xiàn)場、附近采集站或自帶采集設(shè)備，采集硬件的分布方式為集中采集，

數(shù)據(jù)解析選擇在現(xiàn)場、附近采集站或監(jiān)控中心進行。

3.4.3對于連續(xù)結(jié)構(gòu)群，如高鐵網(wǎng)、橋網(wǎng)、隧網(wǎng)、橋隧網(wǎng)結(jié)構(gòu)群等，應(yīng)沿其長度方向上分為

若干子群，在子群上劃分若干關(guān)鍵監(jiān)測段，在關(guān)鍵監(jiān)測段上可設(shè)定若干關(guān)鍵區(qū)域，傳感器要

求、監(jiān)測頻度同單體結(jié)構(gòu)，采集設(shè)備位置可根據(jù)監(jiān)測頻度選擇在區(qū)域工作站（如服務(wù)區(qū)、高

鐵站）、自帶采集設(shè)備，采集硬件的分布方式為集中采集或混合采集，采集站-監(jiān)控中心之間

數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)為樹型結(jié)構(gòu)。

3.4.4對于分散結(jié)構(gòu)群，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)群的分布范圍分為若干個子群，子群可分為若干關(guān)鍵監(jiān)

測段，關(guān)鍵監(jiān)測段內(nèi)劃分若干關(guān)鍵區(qū)域，傳感器的要求及監(jiān)測頻度同單體結(jié)構(gòu)，采集設(shè)備位

置可根據(jù)監(jiān)測頻度選擇采集設(shè)備在區(qū)域工作站、自帶采集設(shè)備，采集硬件的分布方式為集中

采集或混合采集，采集站-監(jiān)控中心之間數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)為星型結(jié)構(gòu)。

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4光纖傳感技術(shù)

4.1一般規(guī)定

4.1.1傳感性能應(yīng)包括如下內(nèi)容

1測量量程。光纖傳感器及數(shù)據(jù)采集裝置選擇應(yīng)滿足被監(jiān)測對象工況條件和測量范圍需求，

光纖傳感器應(yīng)具有承受測量范圍上限值1.2倍的變形能力。

2精度及穩(wěn)定性。光纖傳感器及其采集裝置應(yīng)有良好的測量穩(wěn)定性和重復(fù)性，對于長期測量

或健康監(jiān)測，傳感元器件應(yīng)有良好的長期傳感穩(wěn)定性和耐久性。

3分辨率。傳感器對被測物理量的最小變化值的分辨能力必須滿足工況條件及監(jiān)測精度要

求，并滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計算方法》GB/T18459的要求。

4模數(shù)。在滿足測量和信號傳輸?shù)臈l件下，宜優(yōu)先選用低模數(shù)的光纖。

5帶寬及色散。根據(jù)測量需求，應(yīng)選擇適宜帶寬、模數(shù)及低色散的光纖。

4.1.2施工性應(yīng)包括如下內(nèi)容

1滿足信號傳輸要求的條件下，宜選擇直徑小、輕質(zhì)的光纜線。

2多路光纖傳感器的信號傳輸時，宜采用多芯鎧裝光纜。

3便于連接及安裝，易形成光纖傳感系統(tǒng)，后期維護便利。

4.1.3耐久性應(yīng)包括如下內(nèi)容

1對于長期監(jiān)測系統(tǒng)，所選傳感元器件應(yīng)具有足夠的壽命及耐久性，符合國家相關(guān)規(guī)定；可

更換元件壽命宜5年以上，重要、難以更換的元件壽命宜20年以上；如有特殊需求的，根

據(jù)需求和技術(shù)水平設(shè)計。

2用于長期健康監(jiān)測時光纖傳感器應(yīng)具備優(yōu)良的疲勞壽命，宜不小于2×106次。

3對于短期監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實際需求，選擇和設(shè)計傳感元器件的壽命及耐久性能。

4.2點式光纖傳感技術(shù)

4.2.1一般規(guī)定

1標(biāo)距長度小于10cm，相對于被測結(jié)構(gòu)或反映結(jié)構(gòu)被測物理量的特征尺度可視為“點”；

2一般只能反映被測結(jié)構(gòu)局部或某點的物理量變化；

3點式準(zhǔn)分布，將點式傳感器按照特定的密度分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，并用一根或一組

光纖串聯(lián)。

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4.2.2光纖光柵（FBG）傳感器

1可用于應(yīng)變及溫度傳感。測量過程中需考慮應(yīng)變和溫度對傳感器波長變化的影響。

2測量精度：應(yīng)變測量精度高于5.0με，溫度測量精度高于1.5℃。

3采樣頻率：（1~1000）Hz。

4封裝保護：在橋梁、隧道等交通工程結(jié)構(gòu)上長期測量時，應(yīng)對FBG傳感器進行封裝和保

護，封裝錨固段的長度必須大于有效粘結(jié)滑移長度。

5多點準(zhǔn)分布測量。

①相鄰兩FBG傳感器首尾熔接或法蘭連接，連接后光強度衰減必須滿足解調(diào)儀器設(shè)

備衰減要求；

②應(yīng)根據(jù)所測量物理量的變化范圍，設(shè)計所串聯(lián)FBG傳感器的中心波長范圍，必須

避免測量中中心波長的重疊；

③熔接時，嚴(yán)格控制接頭處的光強損失（＜0.03dB/接頭），且必須對熔接端進行保護，

避免熔接處彎折；

④相鄰互相連接的FBG傳感器之間應(yīng)留有足夠的熔接長度，不宜小于25cm。

6適宜檢測對象。工程結(jié)構(gòu)中的均質(zhì)構(gòu)件，如鋼桁架橋梁的鋼構(gòu)件、懸索橋中的鋼懸索等；

混凝土的局部應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力應(yīng)變、索力、土壓力、腐蝕與結(jié)構(gòu)撓度等。

4.2.3琺珀（Fabri-Perot：F-P）光纖傳感器

1可用于應(yīng)變測量。應(yīng)變應(yīng)通過式（4-1）計算：

Lcavity/Lgauge（4-1）

式中：Lcavity——腔長變化；

Lgauge——標(biāo)定腔長。

2標(biāo)距長度。F-P光纖傳感器的空腔長度宜為幾微米至數(shù)十微米。

3溫度補償及校準(zhǔn)?？刹贿M行溫度補償和降低校準(zhǔn)頻次，不宜進行分布布設(shè)。

4適宜檢測對象。工程結(jié)構(gòu)中的均質(zhì)構(gòu)件，如剛桁架橋梁的鋼構(gòu)件、懸索橋中的鋼懸索等；

混凝土開裂前的局部應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力應(yīng)變、索力、土壓力與腐蝕等。

4.2.4光纖光柵加速度傳感器

1加速度測量系統(tǒng)。應(yīng)包括加速度傳感器、光纖解調(diào)及數(shù)據(jù)動態(tài)分析系統(tǒng)，通過傅里葉變換

等手段獲得加速度。

2種類劃分。橋梁、隧道等交通工程結(jié)構(gòu)加速度測試可選用光彈效應(yīng)加速度計、光波導(dǎo)加速

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度計、光干涉型加速度計，其中宜選用FBG光傳感系統(tǒng)。

3性能需求。溫度范圍(-20-50)℃，測量頻率≥100Hz，測量范圍(0-50)m/s2，分辨率0.01%F.S.。

4適宜檢測對象。交通工程結(jié)構(gòu)中各類橋梁的加速度。

4.3基于布里淵散射的分布光纖傳感技術(shù)

4.3.1一般規(guī)定

1適宜于橋梁、隧道等交通工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測的布里淵分布光纖傳感技術(shù)主要包括：BOTDR、

BOTDA及PPP-BOTDA分布光纖傳感技術(shù)等。

2布里淵散射光纖傳感技術(shù)宜用于監(jiān)測溫度和應(yīng)變，分布探測的距離不宜超過20公里。

3對于布里淵的長標(biāo)距測量，兩測量點的長度必須不小于所對應(yīng)的空間分辨率。

4適宜長距離大范圍的靜態(tài)及擬靜態(tài)測量，空間分辨率應(yīng)在（10-100）cm范圍內(nèi)選擇。

4.3.2BOTDR分布光纖傳感技術(shù)

1測量精度。應(yīng)變測量精度±（40-100）με，空間分辨率1.0m。

2測量速度。每次測量數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。

3適宜測量對象?；炷翗蛄?、隧道等長距離大范圍的混凝土開裂監(jiān)測以及路面、邊坡的位

移、沉降、開裂監(jiān)測與預(yù)警。

4.3.3BOTDA分布光纖傳感技術(shù)

1測量精度。應(yīng)變測量精度±（25-50）με。

2測量速度。每次測量數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，根據(jù)測量的長度而異。

3適宜測量對象?；炷翗蛄骸⑺淼赖乳L距離大范圍的混凝土開裂監(jiān)測以及路面、邊坡的位

移、沉降、開裂監(jiān)測與預(yù)警。

4.3.4PPP-BOTDA分布光纖傳感器

1測量精度。應(yīng)變測量精度±15με，空間分辨率10cm。

2測量速度。數(shù)十赫茲至數(shù)分鐘/次，可實現(xiàn)局部范圍內(nèi)的動態(tài)測量，測速因測量范圍而異。

3適宜測量對象?；炷翗蛄骸⑺淼赖乳L距離大范圍的混凝土開裂監(jiān)測、靜態(tài)與準(zhǔn)動態(tài)應(yīng)變

以及局部范圍內(nèi)的動態(tài)監(jiān)測等。

4.4長標(biāo)距光纖傳感技術(shù)

4.4.1一般規(guī)定

1標(biāo)距長度應(yīng)大于10cm，相對于被測結(jié)構(gòu)被測特征物理量的尺度范圍不能視為“點”。

2應(yīng)能反映被測結(jié)構(gòu)一定區(qū)域或特征尺度范圍內(nèi)的物理量變化，適宜大型交通工程結(jié)構(gòu)，特

別是混凝土工程結(jié)構(gòu)。

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3能準(zhǔn)確反映被測結(jié)構(gòu)特征區(qū)域的物理量，應(yīng)在任何安裝形式下均能形成標(biāo)距段均勻應(yīng)變場

和長標(biāo)距傳感特性。

4長標(biāo)距準(zhǔn)分布布設(shè)，應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)易損性分析將長標(biāo)距傳感器按照特定密度分布布設(shè)在

結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置。

5適宜測量對象，各類橋梁、隧道等交通工程結(jié)構(gòu)的長距離大范圍動、靜態(tài)監(jiān)測與檢測。

6宜選用長標(biāo)距FBG光纖傳感技術(shù)、長標(biāo)距布里淵光纖傳感技術(shù)和SOFO光纖傳感技術(shù)。

4.4.2長標(biāo)距FBG傳感器

1長標(biāo)距封裝。宜采用高耐久性的材料進行長標(biāo)距封裝，應(yīng)在標(biāo)距范圍內(nèi)形成均勻的應(yīng)變場；

根據(jù)工況條件，標(biāo)距長度宜在(10-200)cm范圍內(nèi)選定。

2長標(biāo)距封裝原則。

①標(biāo)距長度宜在（10-200）cm范圍內(nèi)根據(jù)工況條件選擇，所測量對象為非均質(zhì)時的

標(biāo)距長度通常宜大于所測量對象為均質(zhì)時的標(biāo)距長度；

②封裝后傳感器的線性度、精度及靈敏度應(yīng)不低于封裝前的相應(yīng)傳感性能；

③長標(biāo)距FBG傳感器在標(biāo)距范圍內(nèi)應(yīng)形成均勻應(yīng)變場，應(yīng)變不均勻度小于1.0%；

④封裝后傳感器應(yīng)結(jié)實可靠，其耐久性和長期檢測的穩(wěn)定性應(yīng)滿足測量工況要求。

3多點準(zhǔn)分布測量。

參照4.2.2條相關(guān)要求。

4長標(biāo)距封裝后性能要求。

①在長標(biāo)距范圍內(nèi)形成穩(wěn)定的應(yīng)變場，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠；

②抗噪音干擾能力強；

③可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的局部和整體監(jiān)測的結(jié)合；

④通過長標(biāo)距封裝后，傳感器應(yīng)具有良好的耐久性（宜不低于5年）和長期監(jiān)測穩(wěn)定

性（誤差宜＜0.5%F.S）。

5適宜檢測對象。適合監(jiān)（檢）測交通工程結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件或大尺度構(gòu)件，如混凝土橋梁

的混凝土梁、橋墩、混凝土的開裂及其裂縫發(fā)展；上述交通基礎(chǔ)設(shè)施工程結(jié)構(gòu)的平均應(yīng)變、

加速度、撓度、地基與基礎(chǔ)的變形等。

4.4.3長標(biāo)距布里淵光纖傳感器

1長標(biāo)距封裝。參照4.4.2條長標(biāo)距FBG傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。

2長標(biāo)距封裝原則。

①標(biāo)距長度須大于布里淵光纖傳感的空間分辨率；

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②標(biāo)距長度應(yīng)根據(jù)工況條件在空間分辨率至2.0m范圍內(nèi)選擇；

③封裝后長標(biāo)距布里淵光纖傳感器的線性度、精確度及靈敏度應(yīng)不低于封裝前的性

能；

④在長標(biāo)距布里淵光纖傳感器的標(biāo)距長度范圍內(nèi)形成均勻應(yīng)變場，標(biāo)距范圍內(nèi)應(yīng)變不

均勻度小于1.0%；

⑤封裝后傳感器應(yīng)結(jié)實可靠，其耐久性和長期檢測的穩(wěn)定性應(yīng)滿足測量工況要求。

3多點準(zhǔn)分布測量。

①應(yīng)根據(jù)分布測量需求，在一根光纖上每隔設(shè)計間距制作1個長標(biāo)距傳感器；

②也可制作好長標(biāo)距布里淵光纖傳感器后進行串聯(lián)連接，相鄰兩長標(biāo)距傳感器首尾

熔接或法蘭連接，連接后光強度衰減應(yīng)滿足解調(diào)設(shè)備的要求；

③熔接時，嚴(yán)格控制接頭處的光強損失，且對熔接端進行保護，避免熔接處的彎折；

④兩相鄰長標(biāo)距傳感器之間留有足夠的熔接長度，通常不宜小于25cm。

4標(biāo)距封裝后性能要求。參考4.4.2節(jié)，同長標(biāo)距FBG傳感器長標(biāo)距封裝后的性能要求。

5適宜檢測對象。橋梁、隧道等交通工程結(jié)構(gòu)中非均質(zhì)構(gòu)件或大尺度構(gòu)件，如混凝土橋梁的

混凝土開裂及其裂縫發(fā)展、結(jié)構(gòu)的平均應(yīng)變等。

4.4.4SOFO光纖傳感器

1系統(tǒng)構(gòu)成。SOFO光纖傳感系統(tǒng)應(yīng)由傳感器、讀數(shù)儀、數(shù)據(jù)分析軟件和附屬設(shè)備組成，傳

感器應(yīng)由測量光纖和參考光纖組成。

2傳感標(biāo)距。標(biāo)距長度應(yīng)根據(jù)測量需求在250mm-10m范圍內(nèi)選取。

3傳感特性。SOFO測量精度和分辨率高，但成本高且受信號傳輸?shù)南拗疲键c數(shù)量有限。

4適宜測量物理量及對象。結(jié)構(gòu)重點部位的監(jiān)測，如混凝土的平均應(yīng)變、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位、邊

坡等的應(yīng)變、變形或沉降等參數(shù)的測量。

4.5區(qū)域分布和全域分布光纖傳感技術(shù)

4.5.1一般規(guī)定

1傳感標(biāo)距長度應(yīng)滿足工況條件對標(biāo)距長度的要求。

2多個長標(biāo)距光纖傳感器應(yīng)用光纖連接實現(xiàn)長標(biāo)距分布傳感。

3長標(biāo)距分布傳感應(yīng)分兩種方式，區(qū)域分布傳感和全域分布布設(shè)。

4適合長距離大范圍的工程結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測和定期檢測，特別是大型混凝土交通基礎(chǔ)設(shè)施。

4.5.2長標(biāo)距分布光纖傳感

1標(biāo)距長度。根據(jù)工況條件，標(biāo)距長度宜在10cm-200cm范圍內(nèi)選定。

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2應(yīng)變測量精度。應(yīng)根據(jù)測量工況條件以及各長標(biāo)距傳感器及其解調(diào)設(shè)備性能而定。

3測量速度。長標(biāo)距FBG光纖傳感技術(shù)與SOFO光纖傳感技術(shù)宜進行動態(tài)或靜態(tài)測量，長

標(biāo)距布里淵光纖傳感器宜進行靜態(tài)測量。

4分布方式。應(yīng)在對結(jié)構(gòu)采用易損性分析的基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵區(qū)域，根據(jù)具體情況采取區(qū)域

分布和全域分布測量。

5適宜測量對象。交通工程結(jié)構(gòu)的長距離大范圍靜態(tài)檢（監(jiān)）測。

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5傳感器布設(shè)

5.1一般規(guī)定

5.1.1傳感器布設(shè)策略應(yīng)按照單體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)群兩種角度來分析確定；應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、重

要性、受力特征及易損性分析，確定傳感器類型及布設(shè)位置，在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵桿件、關(guān)鍵區(qū)域

或已發(fā)生損傷的位置進行重點布設(shè)。

5.1.2根據(jù)結(jié)構(gòu)特征、監(jiān)測內(nèi)容及需求，選擇合適的光纖傳感器及其合理布設(shè)方式。

5.1.3傳感器布設(shè)應(yīng)同時考慮傳感系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、全面性、實時性、穩(wěn)定性、長期性和經(jīng)濟

性等多種特性要求，進行綜合優(yōu)化，以最小成本達到預(yù)期目的。

5.1.4傳感器布設(shè)、布線及組網(wǎng)等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際條件合理選用，傳感器布設(shè)不宜損壞結(jié)構(gòu)，

若布設(shè)過程中確需開槽、鉆孔等，則應(yīng)確保其不會對結(jié)構(gòu)造成實質(zhì)性損傷和性能下降，且布

設(shè)完后應(yīng)立即填補，并作好防護措施。

5.1.5傳感器布設(shè)時，應(yīng)考慮后期可修復(fù)性，預(yù)留足夠的接口，以便于傳感器的維護、更換。

5.2典型監(jiān)測指標(biāo)的傳感器布設(shè)

5.2.1應(yīng)變監(jiān)測

對于鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，可采用點式或長標(biāo)距光纖傳感器；對于混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，宜采用

長標(biāo)距光纖傳感器。傳感器應(yīng)沿主應(yīng)變方向或所需測試應(yīng)變方向布設(shè)，若主應(yīng)變方向不明確，

可采用多個傳感器應(yīng)變花測試方式，在結(jié)構(gòu)上的布設(shè)有表面粘貼和內(nèi)埋兩種方式。

5.2.2裂縫監(jiān)測

裂縫監(jiān)測應(yīng)采用長標(biāo)距光纖傳感器；對于既有裂縫，宜將長標(biāo)距光纖傳感器以垂直裂縫

方向跨越裂縫布設(shè)，對于未知裂縫，可根據(jù)結(jié)構(gòu)受力和易損性分析，在裂縫易發(fā)生的關(guān)鍵區(qū)

域進行分布式布設(shè)光纖傳感器。

5.2.3結(jié)構(gòu)接縫或伸縮縫監(jiān)測

針對結(jié)構(gòu)的接縫或伸縮縫的張開、閉合以及錯臺現(xiàn)象，宜采用長標(biāo)距光纖傳感器，一字

單向或十字雙向布設(shè)在接縫兩側(cè)，標(biāo)距宜在0.5m~1.0m范圍內(nèi)根據(jù)監(jiān)測要求選取。

5.2.4索力監(jiān)測

應(yīng)將光纖傳感器沿索或者桿件的軸向布設(shè)，宜布設(shè)于索或者與索協(xié)調(diào)變形的桿件外表

面，通過應(yīng)變計算軸向索力，對于斜拉索，也可以通過索的頻率推算索力。

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5.2.5土壓力監(jiān)測

對于地下結(jié)構(gòu)的土壓力監(jiān)測，可在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置，在結(jié)構(gòu)外表面與土層之間布設(shè)光纖

土壓力計。

5.2.6轉(zhuǎn)角/傾角監(jiān)測

監(jiān)測轉(zhuǎn)角（傾角）的光纖布設(shè)宜采用以下四種方式：雙側(cè)滿布、單側(cè)滿布、關(guān)鍵區(qū)域的

雙側(cè)局部布設(shè)和單側(cè)局部布設(shè)。

5.2.7中和軸位置監(jiān)測

監(jiān)測中和軸的光纖布設(shè)宜采用以下兩種方式：雙側(cè)布設(shè)和單側(cè)布設(shè)，如圖5-1所示。布

設(shè)中，應(yīng)將傳感器布設(shè)在結(jié)構(gòu)受彎應(yīng)變最大的位置，如梁的上、下邊緣。

長標(biāo)距光長標(biāo)距光

纖傳感器纖傳感器

（a）單側(cè)布設(shè)（b）雙側(cè)布設(shè)

圖5-1監(jiān)測中和軸的光纖布設(shè)

5.2.8曲率監(jiān)測

監(jiān)測曲率的光纖布設(shè)宜采用以下兩種方式：雙側(cè)布設(shè)和單側(cè)布設(shè)。光纖的具體布設(shè)可參

考和結(jié)合中和軸的監(jiān)測進行光纖布設(shè)。

5.2.9鋼筋銹蝕監(jiān)測

監(jiān)測鋼筋銹蝕的光纖布設(shè)宜采用以下兩種方式：錯位布設(shè)和同位布設(shè)，如圖5-2所示；

通過監(jiān)測腐蝕區(qū)鋼筋及周圍混凝土的應(yīng)變/應(yīng)力反演鋼筋腐蝕。

縱剖面橫截面縱剖面橫截面

鋼筋鋼筋

光纖傳感器光纖傳感器

（）錯位布設(shè)

a（b）同位布設(shè)

圖5-2監(jiān)測鋼筋腐蝕的光纖布設(shè)

5.2.10撓度監(jiān)測

對于鋼結(jié)構(gòu)的撓度監(jiān)測，可采用點式或長標(biāo)距光纖傳感器；對于混凝土結(jié)構(gòu)的撓度監(jiān)測，

宜采用長標(biāo)距光纖傳感器，傳感器宜沿結(jié)構(gòu)縱向分布（可根據(jù)精度要求和實際布設(shè)條件選擇

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準(zhǔn)分布、區(qū)域分布和全域分布方式）布設(shè)，通過共軛梁法等計算方法推算結(jié)構(gòu)的撓度。

5.2.11頻率、振型監(jiān)測

結(jié)構(gòu)頻率測試宜通過在結(jié)構(gòu)上布設(shè)一個或多個光纖傳感器，對于動態(tài)應(yīng)變進行頻域分析

獲取。對于鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，可采用點式或長標(biāo)距光纖傳感器；對于混凝土結(jié)構(gòu)，宜采用長標(biāo)距

光纖傳感器。對于結(jié)構(gòu)振型監(jiān)測，需布設(shè)多個光纖傳感器，布設(shè)時要避開模態(tài)節(jié)點位置。

5.2.12受彎桿件的軸力監(jiān)測

受彎桿件的軸力監(jiān)測應(yīng)將光纖傳感器在構(gòu)件的中性軸位置沿構(gòu)件軸向布設(shè)，可采用外貼

或內(nèi)埋方式布設(shè)。

5.3橋梁結(jié)構(gòu)傳感器布設(shè)

5.3.1在確定傳感器布設(shè)方案前，應(yīng)根據(jù)橋梁檢測/監(jiān)測需求，確定需要獲取的結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息

類型和監(jiān)測參數(shù)，選定合適的光纖傳感器類型。

5.3.2應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與受力特征以及實際條件合理確定傳感器布設(shè)位置、數(shù)量、布

線方式以及傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲形式，制定傳感器優(yōu)化布設(shè)方案。

1宜建立精確的力學(xué)模型，對橋梁的內(nèi)力分布和動力特性作全面的數(shù)值分析，尋找結(jié)

構(gòu)靜動力反應(yīng)較大的部位，以確定其易損部位，并結(jié)合重要性分析，確定其關(guān)鍵構(gòu)件和關(guān)鍵

部位。

2應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和受力分析結(jié)果確定合理的監(jiān)測位置、數(shù)量和安裝方式。

5.3.3傳感器布設(shè)時應(yīng)保證有一定的冗余度，應(yīng)盡量在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位附近適當(dāng)多布設(shè)若干個

傳感器，確保在關(guān)鍵區(qū)域能有監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5.3.4針對橋梁的長期監(jiān)測，傳感器應(yīng)具有良好的長期穩(wěn)定測試性能以及良好的測試精度。

5.3.5橋梁結(jié)構(gòu)的主要監(jiān)測目的分為兩大類：第一，結(jié)構(gòu)安全及耐久性能監(jiān)控；第二，結(jié)構(gòu)

正常使用性能監(jiān)控。在設(shè)計傳感器布設(shè)方案時，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的進行具體設(shè)計，當(dāng)存在多個

監(jiān)測目的時，需能同時滿足多個監(jiān)測目標(biāo)的需要。

1對于以損傷識別為監(jiān)測目標(biāo)的光纖傳感器布置原則：宜在橋梁關(guān)鍵桿件、關(guān)鍵區(qū)域

進行區(qū)域分布布設(shè)；

2對于以裂縫為監(jiān)測目標(biāo)的光纖傳感器布置原則：監(jiān)測未知裂縫時，傳感器的布置原

則同以損傷識別為監(jiān)測目標(biāo)的布置原則；對跟蹤既有裂縫的發(fā)展時，傳感器的布置原則應(yīng)在

已經(jīng)開裂的部位跨越并垂直裂縫布置長標(biāo)距光纖傳感器；

3對于以變形為監(jiān)測目標(biāo)的光纖傳感器布置原則：應(yīng)沿結(jié)構(gòu)長度方向以一定的間隔分

布布置或全域分布布設(shè)，同時在關(guān)鍵截面受拉、受壓區(qū)同時布置，以獲得關(guān)鍵截面的中和軸

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高度；

4對于以結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)為監(jiān)測目標(biāo)的光纖傳感器布置原則：根據(jù)所需考慮結(jié)構(gòu)模態(tài)的

階數(shù)，恰當(dāng)?shù)卮_定測點位置和數(shù)量，應(yīng)避免將測點布在模態(tài)節(jié)點位置。

5.3.6光纖傳感系統(tǒng)在橋梁上布設(shè)時，應(yīng)充分考慮日照面，底面，箱梁內(nèi)外等不同部位、不

同方向的溫度梯度，合理布設(shè)溫度補償傳感器。

5.4隧道結(jié)構(gòu)傳感器布設(shè)

5.4.1在確定傳感器布設(shè)方案之前，應(yīng)根據(jù)隧道類型以及其檢測/監(jiān)測需求，確定需要獲取的

結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息類型和監(jiān)測參數(shù)，選定合適類型的光纖傳感器。

5.4.2應(yīng)結(jié)合設(shè)計資料以及隧道所處位置的水文與地質(zhì)條件，并根據(jù)隧道的構(gòu)造與受力特征

和實際條件合理確定傳感器布設(shè)位置、數(shù)量、布線方式以及傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲形式，制定優(yōu)化布

設(shè)方案。

5.4.3宜在結(jié)構(gòu)設(shè)計資料和數(shù)值模型分析的基礎(chǔ)上選擇需要監(jiān)測的橫向斷面和縱向區(qū)間，傳

感器布設(shè)的基本原則如下：

1在斷面橫向變形監(jiān)測時，傳感器宜沿整個環(huán)向分布布設(shè)；在傳感器數(shù)量有限的情況下，

應(yīng)首先滿足環(huán)向管片拼縫的監(jiān)測；在無法沿整個環(huán)向分布布設(shè)傳感器的情況下，應(yīng)盡量將傳

感器布設(shè)在計算中變形較大的區(qū)域。

2在縱向變形監(jiān)測時，傳感器宜沿縱向分布布設(shè)，宜上下各布設(shè)一條傳感線路；在傳感

器數(shù)量有限的情況下，應(yīng)首先滿足縱向管片拼縫的監(jiān)測；對于無法實施全分布布設(shè)傳感器的

情況，應(yīng)選擇兩端邊界沉降能夠獲得的區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域，以提高監(jiān)測精度。

3傳感器布設(shè)時應(yīng)考慮溫度補償?shù)脑O(shè)置，尤其沿隧道縱向布設(shè)傳感器，宜采用自由光纖

傳感器補償?shù)姆椒?。隧道?nèi)部溫度相對穩(wěn)定，可考慮隧道管片的內(nèi)外的溫度梯度以及縱向方

向溫度變化，合理設(shè)置溫度補償傳感器。

5.4.4傳感器布設(shè)時應(yīng)保證有一定的冗余度，應(yīng)盡量在關(guān)鍵部位附近多布設(shè)若干個傳感器，

確保在關(guān)鍵區(qū)域能有監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5.4.5盾構(gòu)法隧道管片結(jié)構(gòu)

1對于盾構(gòu)法隧道管片結(jié)構(gòu)，主要監(jiān)測內(nèi)容宜包括：環(huán)向變形（環(huán)向接縫、截面收斂）、

縱向變形（縱向接縫、縱向沉降）、管片應(yīng)變/應(yīng)力、螺栓應(yīng)力、以及土壓力等；

2在接縫變形監(jiān)測時，傳感器應(yīng)采用長標(biāo)距光纖傳感器，標(biāo)距宜在0.5m~1.0m范圍內(nèi)，

以保證足夠的精度和量程；

3管片應(yīng)變/應(yīng)力監(jiān)測，可采用傳感器外貼與內(nèi)埋兩種方式，如果采用內(nèi)埋方式，可測試

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管片混凝土和鋼筋的應(yīng)變/應(yīng)力，需在澆筑管片時將傳感器埋設(shè)其中，并作好傳感器及連接

線的保護，避免混凝土振搗時損壞；

4截面收斂可通過環(huán)向接縫變化及管片環(huán)向的應(yīng)變變化進行解析和計算。隧道縱向的沉降

可以通過縱向接縫寬度的變化進行計算。

5.4.6新奧法隧