1、項目概括

　　1.1監(jiān)測目的

　　通過對橋梁結構長時間的定期觀測，掌握橋梁在混凝土收縮和徐變、營運載荷、溫度變化、風雨、水流、地震及其他偶然載荷長期作用下，結構性能和工作狀態(tài)的變化，以便于管理單位及時發(fā)現(xiàn)橋梁病害。了解橋梁結構實際工作情況，監(jiān)測其變化規(guī)律和發(fā)展趨勢，確保橋梁安全運營，為正確分析、評價、預測及治理工程等提供可靠資料和科學依據(jù)。為橋梁建立健康檔案，指導橋梁養(yǎng)護及維修，保證結構安全。

　　1.2監(jiān)測必要性

　　城市車量與日劇增，橋梁交通負荷逐年增大，橋梁嚴重超負荷工作，縮短了橋梁壽命，使得橋梁存在一定的安全隱患，大量中小橋梁養(yǎng)護經費通常不充裕，檢測養(yǎng)護頻率不高，但承載的交通任務依然繁重，服役年數(shù)久遠。橋梁潛在的安全隱患必須得以重視。

　　人工檢測與在線監(jiān)測對比

　　設置先進、可靠的實時安全監(jiān)測系統(tǒng)，出現(xiàn)的安全隱患時能夠快速反應，達到從探測、報警、聯(lián)動控制直至消除安全隱患的全方位一體化要求。實現(xiàn)對橋梁整體結構變化和關鍵部位的溫度、應變/應力、縫隙變化、索力變化等各項參數(shù)的綜合實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)由系統(tǒng)進行專業(yè)的數(shù)據(jù)分析判斷橋梁的健康狀況。

　　這樣，橋梁養(yǎng)護工作人員可以實時真實地了解到橋梁的安全狀態(tài)，為橋梁上的各種活動提供可靠有效的參考依據(jù)，進而通過提供所需要的早期危險報警和損傷評估來保證橋梁的安全。因此建立一個綜合監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的，也具有非常重要的意義。

　　1.3監(jiān)測內容及測點布設

　　橋梁安全監(jiān)測項目主要分為三大類：

　　1、環(huán)境監(jiān)測，包括風速風向、溫度、交通載荷(車輛視頻監(jiān)測、車輛荷載監(jiān)測)等;

　　2、整體結構監(jiān)測，包括橋體結構的振動、位移、沉降和形變(傾角、撓度、上部結構與橋墩間相對位移);

　　3、局部結構監(jiān)測，包括關鍵控制截面應變應力、伸縮縫、索力等。

　　橋梁監(jiān)測系統(tǒng)測點布點示意圖

　　2、監(jiān)測系統(tǒng)

　　2.1系統(tǒng)概括

　　橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)是對常規(guī)的檢查、檢測和載荷實驗的重要補充，其不可替代性主要體現(xiàn)在連續(xù)性、同步性、實時性和自動化四個方面;連續(xù)性：有目的的長期積累橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)，用于結構損傷識別和趨勢分析;同步性：各參數(shù)可同時采集，便于分析橋梁響應與載荷作用之間的相關性，及時掌握影響橋梁性能的關鍵因素;實時性:實時掌握橋梁結構動態(tài)、靜態(tài)、環(huán)境、載荷等響應，及時預警;自動化：通過自動化采集方式，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，克服人工巡檢無法到達、無法操作、人員安全等問題。

　　橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層，包括健康監(jiān)測、三維展示、數(shù)據(jù)分析、工程巡檢等9大模塊。通過自動化采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，實現(xiàn)橋梁在線實時監(jiān)測。

　　2.2系統(tǒng)設計依據(jù)

　　根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》(JTG H11-2004)、《工程測量規(guī)范》(GB50026-2007)、《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JTG  D63-2007)等文件設計橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)

　　2.3系統(tǒng)組成

　　3、監(jiān)測方法及設備

　　3.1環(huán)境監(jiān)測

　　3.1.1溫濕度

　　通過對環(huán)境溫度、橋梁自身溫度的監(jiān)測，可以分析溫度對橋梁結構靜力響應的影響，還可分析環(huán)境溫度對橋梁振動特性的影響。此外空氣濕度是影響混凝土結構碳化和鋼結構腐蝕的重要因素，是對橋梁耐久性評價不可缺少的資料。

　　3.1.1.1溫濕度傳感器安裝

　　安裝溫濕度傳感器的最佳位置一般要擁有該環(huán)境需要測量的典型溫度和濕度。并且溫濕度傳感器的周圍要有足夠的空間保證空氣的流通。

　　禁止把溫濕度傳感器直接安裝在發(fā)熱、制冷的物體上，也最好不要把傳感器直接安裝在蒸汽、水霧環(huán)境中，這樣都會造成傳感器的損壞。

　　溫濕度傳感器安裝位置一般應該控制在梁體上，這樣對于安裝、調試、維護工作的更加方便，并注意連線。

溫度計

濕度計

　　3.1.2風速風向

　　成橋后風荷載是橋梁結構的主要動力荷載之一。在風荷載作用下，橋梁的主要構建索、梁都將產生振動，引起疲勞損傷累積，導致橋梁抗力衰減。通過監(jiān)測風速、風向，統(tǒng)計最大風速值，可以得出風與結構響應關系，了解橋梁受風動力荷載的情況。

　　風速測量參數(shù)：

　　測量范圍：0～75m/s(出廠檢定到60m/s);

　　分辨力：0.1m/s;

　　最大允許誤差：±(0.3+0.03V)m/s，V是風速;

　　起動風速：≤0.5m/s;

　　距離常數(shù)：≤2.5m。

　　風向測量參數(shù)：

　　測量范圍：0～360°;

　　分辨力：2.8125°;

　　最大允許誤差：±3°;

　　起動風速：≤0.5m/s;

　　距離常數(shù)：≤1.0m;

　　阻尼比：≥0.45。

　　3.1.2.1風速風向儀安裝

　　安裝風速風向儀時，要保證傳感器的指北箭頭與地理北方一致。

　　風速風向儀產品圖片

　　3.1.3動態(tài)交通載荷監(jiān)測

　　主要監(jiān)測橋面交通載荷對橋體內部結構影響的關聯(lián)性，對橋梁工程健康狀態(tài)進行全面性的監(jiān)測與研究。監(jiān)測的主要內容包括交通載荷的軸數(shù)、車速、輪重、軸重、總重等信息。測量數(shù)據(jù)結合橋梁基礎實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，形成車重影響橋梁參數(shù)數(shù)據(jù)模型。

　　車輛載荷系統(tǒng)架構圖

　　3.2整體結構監(jiān)測

　　3.2.1主梁GNSS監(jiān)測

　　橋塔作為橋的重要承重結構，主梁恒荷載、活荷載均通過對稱布置在左右兩側斜拉索傳遞到橋塔，其受力主要為豎直向下的力，并把豎向力傳遞給橋墩。

　　橋塔也是施工中的重點工程。通過對橋塔頂點三維空間位置的變化進行監(jiān)測，了解橋塔的位移情況和結構的穩(wěn)定性，使受力分析更合理等，也可驗證橋梁設計及施工工藝是否合理。

　　峟思云平臺GNSS位移數(shù)據(jù)導入監(jiān)測

　　3.2.1.1工作原理

　　各GNSS監(jiān)測點與參考點接受機通過GNSS天線實時接收信號，通過控制中心的數(shù)據(jù)處理軟件解算出各監(jiān)測點的三維坐標，再與初始坐標進行比對從而獲得監(jiān)測點變化量。

　　3.2.2沉降(橋墩、臺身沉降)及形變(撓度)

　　橋墩的沉降過大，尤其是地質條件相差較大時影響較為顯著，導致橋面產生偏位，造成受力不均，造成橋梁的失穩(wěn)。對橋墩沉降進行監(jiān)測，了解橋墩穩(wěn)定性十分必要。

　　梁體撓度測量是橋梁檢測的重要組成部分，是其安全性評價的一項重要指標。大橋的撓度與橋梁的承載能力及抵御地等動荷載的能力有密切關系，橋梁受到承載車輛、行人及索拉的共同作用，受力復雜，為受彎結構，故有必要對橋墩沉降和梁體撓度進行監(jiān)測。

　　3.2.2.1靜力水準儀工作原理

　　在靜力水準儀的系統(tǒng)中，所有測點的垂直位移均是相對于基準點變化，該點的垂直位移是相對恒定的或者是可用其它方式準確確定，以便能精確計算出靜力水準儀系統(tǒng)各測點的沉降變化量。具有直線測量，絕對位置輸出，非接觸式連續(xù)測量，永不磨損的特點。

　　靜力水準儀產品圖片及安裝示意圖

　　靜力水準儀主要技術參數(shù)

　　3.3局部結構監(jiān)測

　　3.3.1應變應力(關鍵控制截面的應變，混凝土/鋼結構)

　　橋體作為主要承力結構，其受力分析十分重要。橋梁結構的應力監(jiān)測是通過對應變監(jiān)測間接實現(xiàn)，主要監(jiān)測橋梁結構關鍵截面的受力情況，以了解結構的長期或瞬態(tài)的受力情況。對于各橋梁監(jiān)測段，受自重以及其他荷載的作用，會產生一定的應變，而應變是應力的間接反映。大橋橋面受荷載的影響大，因此對橋面有代表性斷面的應力進行監(jiān)測，可以了解作為主要承力構件的受力狀態(tài)，及時診斷橋梁的病害，對橋梁結構進行疲勞分析十分必要。

　　3.3.1.1應變計選型

　　應變計適用于長期埋設在結構物或其它混凝土結構物內，測量結構物內部的應變量，同步測量埋設點的溫度。

　　應變計產品圖片

　　應變計主要技術參數(shù)

　　3.3.2索力(系桿拱橋、吊索、懸索橋，斜拉橋)

　　斜拉橋屬高次超靜定結構，所采用的施工方法和安裝順序與成橋后的主梁線形及內力狀態(tài)有密切關系，且在施工階段隨著斜拉橋結構體系和荷載工況的不斷變化，結構內力和變形也隨之不斷變化。結構每個節(jié)點坐標的變化都會影響結構的內力分配，梁橋線形一旦偏離設計值，勢必導致內力偏離設計值。

　　主梁、索塔和拉索之間剛度相差懸殊，受拉索垂度、溫度變化、風力和日照影響、混凝土收縮徐變等復雜因素干擾等，使力與變形的關系十分復雜。索力的大小對結構受力的影響很大，而索力又通常在施工過程中進行有限次張拉后確定。由于施工設備數(shù)量等條件限制，張拉只能逐根或分組進行。斜拉索的張拉及索力的大小對整個斜拉索的受力有很大的影響，其中包括對其他未張拉拉索的影響。因此，索力是影響斜拉橋受力的一個核心因素，故除了在施工過程中需對索力監(jiān)測外，在運營期也需對索力進行監(jiān)測。

　　3.3.2.1 錨索測力計選型

　　錨索測力計適用于長期監(jiān)測結構物及其它混凝土結構物、巖石邊坡、橋梁等預應力的錨固狀態(tài)，同步測量埋設點的溫度。

　　錨索測力計產品圖片

　　錨索測力計主要參數(shù)

　　3.3.3伸縮縫

　　伸縮縫是為防止橋梁構件由于氣候溫度變化(熱脹、冷縮)，使結構產生裂縫或破壞而沿橋梁結構施工縫方向的適當部位設置的一條構造縫。它的作用是在于調節(jié)由車輛荷載環(huán)境特征和橋梁建筑材料的物理性能所引起的上部結構之間的位移和聯(lián)結。橋梁伸縮裝置是橋面的重要組成部分，此項監(jiān)測可反映伸縮縫伸縮量變化規(guī)律是否正常。伸縮縫作為橋梁梁端的薄弱部位，直接承受車輛的反復動力作用，同時還承受疲勞、磨損以及物理和化學的各種侵蝕，作為橋梁結構發(fā)生病害最為頻繁的部件之一，對伸縮縫的監(jiān)測具有重要意義，包括監(jiān)測裂縫發(fā)展趨勢，判斷橋梁的局部損傷;梁受溫度影響產生縱向變形，通過伸縮縫可以反映梁的端部位移，從而了解梁是否釋放溫度應力。

　　3.3.3.1測縫計選型

　　VWD-J型振弦式測縫計產品圖片

　　測縫計規(guī)格及主要技術參數(shù)

　　3.4讀數(shù)儀(靜載實驗破壞實驗等)

　　多功能讀數(shù)儀是用于測讀振弦、差阻、電流、電壓及數(shù)字量輸出的傳感器信號，可故障診斷、內置WIFI。

　　人工讀取數(shù)據(jù)，滿足用戶靜載實驗、破壞實驗的需求。

　　VM-103型多功能讀數(shù)儀產品圖片

　　3.5自動化采集系統(tǒng)

　　3.5.1 MCU-32自動測量單元

　　分布式自動化采集系統(tǒng)主要由MCU-32自動測量單元(包括MCU主控模塊及電源模塊)及YDA1106多功能測量模塊組成，測量單元內置通訊模塊4G通信模塊，可將數(shù)據(jù)實時發(fā)送至云平臺。

　　MCU-32采用高度智能化/模塊化集成設計,具有多種通訊接口:RS485/GPRS無線/WIFI/藍牙/Lora/NB-IOT等可選,組網方式靈活。采用uA級別低功耗設計,內置高容量聚合物鋰電池,外部電源故障/陰雨天等惡劣環(huán)境模塊可連續(xù)工作

　　YDA1106多功能測量模塊可測量振弦、差阻、電阻、電流、電壓、數(shù)字量輸出的傳感器信號，支持采集我公司所有傳感器，多功能采集模塊可擴展性強。

圖片

　　3.5.2 MCU系列多功能采集模塊

　　MCU多功能系列數(shù)據(jù)采集模塊采用高度智能化/模塊化集成設計,具有4/8/16多通道。具有多種通訊接口:RS485/GPRS無線/WIFI/藍牙/Lora/NB-IOT等,組網方式靈活.采用uA級別低功耗設計,內置高容量聚合物鋰電池,外部電源故障/陰雨天等惡劣環(huán)境模塊可連續(xù)工作。

　　多功能采集模塊將測量、傳輸、供電功能集成在模塊內，模塊為金屬外殼，有效防護電磁干擾，體積小巧移動方便，支持長傳輸距離，可實現(xiàn)單點和群點的任意組合;模塊通過光纖傳輸數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)實時上傳，系統(tǒng)組網簡便快捷經濟。

　　MCU系列多功能采集模塊

　　兩款測量模塊可接入傳感器數(shù)量不同，根據(jù)項目實際需求可靈活選擇不同接線方式采集數(shù)據(jù)。

　　4、峟思云平臺

　　橋梁安全監(jiān)測平臺主要由橋梁信息管理系統(tǒng)、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)、預警預報系統(tǒng)、工程巡檢系統(tǒng)、報表報告系統(tǒng)、移動端小程序組成。

　　橋梁監(jiān)測系統(tǒng)架構式通過內部結構中的傳感器網絡來實時獲取工程內部結構對環(huán)境激勵(人為的或自然的)  的響應，并從中提取工程結構的損傷和老化信息，為工程的使用和維護工作提供參考，因而可降低維護費用，預報災難性事件的發(fā)生，將損失降低至最小。

　　橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本要求，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集、無線傳輸，原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理，形式多樣的實時報警功能，事前預控提高效率等。

　　對于橋梁健康監(jiān)測的關鍵，就技術上而言，主要是先進傳感器的優(yōu)化布設和信息的高效傳輸;就理論上而言，主要是結構識別理論和狀態(tài)評估理論的發(fā)展。

　　橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)應包括以下幾個部分:

　　1) 傳感系統(tǒng)：由傳感器、二次儀表等部分組成，用于將待測物理量轉變?yōu)殡娏鳌㈦妷?、電阻、鋼弦、頻率等信號。

　　2)  信號采集與處理系統(tǒng)：實現(xiàn)多種信息源、不同物理信號的采集與預處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對數(shù)據(jù)進行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲起來。

　　3) 通信系統(tǒng)：將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

　　4)  監(jiān)控中心和報警設施：利用可實現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進行診斷，包括工程結構是否受到出現(xiàn)損傷等。傳感器監(jiān)測到的實時信號，經過采集與處理，由通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進行分析，判斷損傷的發(fā)生、位置、程度，從而對結構的健康狀況作出評估。如發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報警信息。

　　平臺優(yōu)勢：

　　安全：數(shù)據(jù)安全可靠，完善的用戶管理功能，確保你的賬戶安全;

　　定制開發(fā)：可根據(jù)項目需求定制專屬界面;可添加新的傳感器接口協(xié)議。

　　專業(yè)經驗：多年業(yè)內經驗，支持大多數(shù)行業(yè)傳感器數(shù)據(jù)的接入、解析、展示、分析和管理;

　　建設費用低：無需購買服務器、無需固定IP網絡端口、無需專業(yè)的軟硬件安全防護;

　　6、總結

　　橋梁安全健康監(jiān)測系統(tǒng)的普及，有助于我國大幅提高對橋梁災害的認知，全面提升橋梁安全監(jiān)管和日常管理能力，增強對橋梁災害的預警響應能力。

　　橋梁安全健康監(jiān)測系統(tǒng)，便于各級管理部門實時掌握橋梁的運營狀況和安全狀況，對大橋整體與局部性能、工作狀態(tài)作出評估，對構件異?，F(xiàn)象及時做出判斷找出原因，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，制定合理、有效的措施，降低橋梁全壽命期的運營養(yǎng)護成本。

　　結合自動化監(jiān)測系統(tǒng)及信息化云平臺的建設，依托云計算、互聯(lián)網、物聯(lián)網等新興技術，將云服務具體化，行業(yè)化，讓工程項目快速上云，適應隧洞監(jiān)測場景和監(jiān)管場景，從而打通數(shù)據(jù)鏈，建設一體信息化云平臺，以最短的時間完成工程配置，讓監(jiān)測數(shù)據(jù)迅速產生價值。方便管理部門制定決策，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合共享，讓監(jiān)測與管理更加有效快捷!