桥梁结构健康监测解决方案

01 背景说明

     桥梁是公路的重要组成部分，随着交通运输量大幅 度提高，行车密度及车辆载重越来越大，跨河桥梁和高 架桥梁在交通工程中的重要性与日俱增。 

     由于长期在静载和动载，以及氧化、腐蚀、老化、 台风、地震等自然灾害的影响，遭受不同程度的结构损 伤、功能失效、结构性缺陷，桥梁的强度和稳定性随时 间的推移而降低。 

     我国桥梁数量庞大，传统的人工监测无法做到高效 全面的隐患排查。国内外，因桥梁的突然倒塌与破坏造 成人车坠毁的重大事故屡见不鲜，不仅影响了交通还带 来了巨大的经济损失。因此对桥梁实施自动化监测系统，利 用高效的监测设备及专业的平台分析，实时了解桥梁 的结构健康是当下最好的选择。

02 桥梁病害危害性

03 桥梁主要病害分析

04 监测规范

     ① 《公路桥梁结构监测技术 规范》JT∕T 1037-2022 

     ② 《公路缆索结构体系桥梁 养护技术规范》J TG / T 5122—2021 

     ③ 《建筑与桥梁结构监测技 术规范》GB 50982 

     ④ 《桥梁健康监测传感器选 型 与 布 设 技 术 规 程 》TCCES15-2020 

     ⑤ 《公路桥涵养护规范》JTG 5120—2021 

     ⑥ 《公路桥梁抗震性能评价 细则》JTG/T 2231

     ⑦ 《城市轨道交通设施运营 监测技术规范 第2部分： 桥梁》GB/T 39559.2- 2020

05 桥梁分类

     按结构体系分类，以主要的受力构件为基本依据，可分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥、刚架桥五大类。我 们主要来讨论下前四种。

06 不同类型桥梁的监测布设

     主要监测内容： 车辆荷载 、风速风向、 温湿度、 船撞、 结构振动 、空间变位 、主梁挠度、 倾斜 、伸缩缝位移 、锚碇位移、 结构应变、 吊索索力、 视频监控（根据实际需求布点）

     主要监测内容： 车辆荷载 、风速风向、 温湿度、 降雨量 、船撞 、结构振动 、空间变位 、主梁挠度、 倾斜、 伸缩缝位移 、结构应变 、斜拉索索力、 视频监控（根 据实际需求布点)

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     主要监测内容： 车辆荷载、 风速风向、 温湿度、 船撞、 结构振动、 空间变位 、主梁挠度、 伸缩缝位移 结构应变 、吊杆&系杆索力 、视频监控（根据 实际需求布点)

     主要监测内容： 车辆荷载、 温湿度、 船撞、 结构振动 、主梁挠度 、伸缩缝位移 、结构应变、 钢束预应力 、视频监控（根据实际需求布点)

07 监测方案说明

     一. 车辆荷载监测测点应覆盖所有行车道,且宜选择在路基或有稳定墩柱支撑的混凝土结构铺装层内,宣结合视频监 测测点获得所有车道的车辆空间分布。 

     二. 风速风向监测测点应能监测自由场风速和风向,风速风向和风压监测测点满足下列规定:

        1.跨度小于1500m悬索桥应在主梁跨中上、下游两侧和塔顶各布设一个风速风向监测测点;跨度大于等于 1500m悬索桥,结合风场空间相关性,宜在1/4、3/4主跨增加风速风向监测测点;可在跨中和1/4、3/4主跨断 面布设风压监测测点; 

        2. 跨度小于800m斜拉桥宜在主梁跨中上、下游两侧和塔顶各布设一个风速风向监测测点;跨度大于等于 800m斜拉桥,结合风场空间相关性,宜增加风速风向监测测点;

        3. 位于强(台)风区的钢结构大跨度梁桥可在主跨跨中布设风速风向监测测点; d) 对中、下承式拱桥应在主梁跨中布设风速风向监测测点,风环境复杂时可在拱顶增设风速风向监测测点:位 于强(台)风区的上承式拱桥可在主梁跨中布设风速风向监测测点。

     三. 结构温度监测测点应根据桥梁结构温度场分布特点并结合结构类型、联长、跨径、构件尺寸、铺装体系、日照 情况等因素综合确定。宜在主梁铺装层布设温度监测测点。结构温度监测测点宜与应变监测的温度补偿测点协同布设。

     四. 船舶撞击监测测点宜布设在有船撞风险的水位变动区的桥墩底部或承台顶部,视频监测测点宜在主梁上、下游两 侧对称布设。 

     五. 结构位移监测测点布设,满足下列规定: 

        1.主梁竖向位移监测测点应在主跨跨中和1/4、3/4主跨,边跨跨中处布设:对于宽幅桥面、中央索面或其他具有 扭转监测需求的主梁,应在同一断面左右幅外侧位置布设监测测点； 

        2.主梁横向位移监测测点应在主跨跨中布设；

        3.支座位移、主梁梁端纵向位移测点宜布设在墩顶梁端支座处,宜根据不同支座的功能和类型选择支座位移测 量方向; 

        4.塔顶偏位和拱顶位移监测测点应分别布设于索塔顶部、拱顶部； e) 主缆偏位监测测点宜在主跨跨中和1/4、3/4主跨；

        5.高墩桥梁或纵坡较大的桥梁,桥墩的纵向和横向位移测点宜布设在墩顶。

     六. 应变监测测点符合下列规定:  

        1.主梁、索塔、主拱等关键构件截面静态和动态应变监测测点位置和数量应根据结构计算分析和易损性分析, 选择受力较大的关键截面、部位布设; 

        2.正交异性钢桥面板动态应变监测测点应选择在重车道或行车道车轮轮迹线对应位置,宜布设在顶板、U肋和 横隔板等疲劳热点; 

        3.受力复杂的构件截面和部位,宜布设三向静态和动态应变监测测点; d) 钢混接合段宜布设应变监测测点,可布设在应变较大和应力集中处。 

     七. 索力监测测点符合下列规定: 

        1.应根据悬索桥吊索、斜拉桥斜拉索、拱桥吊杆(索)和系杆等索构件的布置形式、规格、型号、长短、索力 和应力,确定监测的索构件,宜选择上、下游索构件成对布设; 

        2.应根据主缆锚固方案、索股布置形式,确定锚跨索股力监测的索股,基准索股宜布设测点。 

     八. 结构振动监测测点符合下列规定: 

        1.主梁竖向和横向振动监测测点应根据主梁振动振型确定,宜布设在振型峰值点处,避开振型节点;测点位置应 至少包括主跨跨中和1/4、3/4主跨;主梁纵向振动监测测点宜布设在塔梁连接处或支座位置处;

        2.塔顶水平振动监测测点应在塔顶双向布设; 

        3.宜选择振动幅值大的悬索桥吊索、斜拉桥斜拉索、拱桥吊杆(索)等索构件布设振动监测测点测点应根据索 构件振动振型确定,避开振型节点:对索面内和索面外均存在较大振动的情况,可双向布设;

        4.梁桥桥墩纵向和横向振动监测测点应在桥墩顶部布设; 

        5.主拱振动监测测点应根据主拱振型确定,宜布设在振型峰值点处,避开振型节点。 

     九. 悬索桥锚碇位移监测测点宜布设于锚体和前支墩角点处;梁桥桥墩沉降监测测点宜布设于墩顶处:拱桥拱脚位移 监测测点宜布设于拱脚承台处。 

     十. 混凝土结构和钢结构裂缝监测测点应依据检査(测)技术状况评定、养护维修结果确定测点位置和数量,宜对裂缝 宽度和长度变化跟踪观测。

08 传统检测与在线自动化监测对比

09 监测系统总体框架

10 桥梁监测常用仪器

11 桥梁监测数据平台

     忻德云是一款基于云物联技术实现的智能结构健康安全监测在线平台，由厦门忻德自主研发运维，为结构健康监测项目提供传感器接入，通过互联网将数据实时传入忻德云平台，经由平台内置的解析系统及后端配置系统，形成可视化的数据信息，从而为终端用户提供数据分析、报表查询、险情预警等服务。