監測的目的
橋(qiao)梁監(jian)測的(de)目的(de),就是應用由(you)現代控(kong)制(zhi)理論建(jian)立起來(lai)的(de)控(kong)制(zhi)體系(xi)對大橋(qiao)主梁各節段施工的(de)預(yu)拱度、立模標高及結構內(nei)力(li)實(shi)(shi)施有效控(kong)制(zhi),分析(xi)所(suo)發現的(de)影響(xiang)因素,并在施工過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中減(jian)少甚至消除其(qi)影響(xiang),確保施工過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)安(an)全,保證大橋(qiao)順利(li)合(he)龍及運營后橋(qiao)的(de)內(nei)力(li)和線形符合(he)設計要求;以(yi)及對建(jian)成后的(de)大橋(qiao)在使用過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)健(jian)康狀況(kuang)進行實(shi)(shi)時監(jian)控(kong),對所(suo)得(de)數據進行分析(xi),為評估橋(qiao)梁健(jian)康狀況(kuang)提供依據。
監測的意義和必(bi)要(yao)性
眾所周知,橋梁跨越山(shan)谷、道路、河流或(huo)其(qi)它障礙物,是一種架空(kong)于(yu)水面(mian)(mian)或(huo)地面(mian)(mian)的人(ren)造(zao)通道,其(qi)可靠性和安全性尤為重(zhong)要。由于(yu)橋梁事故的破壞性巨(ju)大,不(bu)僅會造(zao)成(cheng)交通中斷,影響國(guo)民經(jing)濟(ji)發(fa)展(zhan),還(huan)會帶來巨(ju)大的經(jing)濟(ji)損(sun)失和人(ren)員傷(shang)亡,將造(zao)成(cheng)非常不(bu)好的社會政治(zhi)影響。下面(mian)(mian)是我國(guo)近年來發(fa)生的橋梁安全重(zhong)大事故:
1994年(nian)10月(yue)2日,中國(guo)廣東(dong)省一(yi)家娛樂(le)公園(yuan)的一(yi)座(zuo)浮(fu)橋的欄桿斷裂,導致橋上游客全部墜毀,33人在事(shi)故中喪生。
1999年1月4日,中(zhong)國重慶綦江縣彩(cai)虹橋(qiao)發生了坍塌事件,造成至少(shao)40人死亡。
2007年6月(yue)15日(ri),中國廣東佛山發(fa)生一(yi)起運沙船(chuan)撞(zhuang)擊橋墩(dun)事件,造成大(da)橋南岸200米橋面(mian)坍塌,多輛汽車墜河(he),10人死亡。
2013年7月9日,中國四川江油老青蓮大橋垮(kua)塌(ta),造成10輛機動車(che)墜入(ru)河道,12人失蹤(zong)。
這些災難的發生,引起了人們對橋梁健康的極大關注。鑒于橋(qiao)梁(liang)的(de)(de)(de)特(te)殊性與復(fu)雜性,國際(ji)上開展了(le)相關(guan)的(de)(de)(de)對策研究。在橋(qiao)梁(liang)設(she)(she)計方面,設(she)(she)置先進、可靠的(de)(de)(de)綜(zong)合(he)(he)健康狀態實時監(jian)測(ce)系統,對出(chu)現(xian)的(de)(de)(de)安全(quan)隱患(huan)能夠快速(su)反(fan)應(ying),能夠達到從探測(ce)、報警、聯動(dong)(dong)控制(zhi)直至消除安全(quan)隱患(huan)的(de)(de)(de)全(quan)方位(wei)一體化要求,實現(xian)對橋(qiao)梁(liang)關(guan)鍵部位(wei)的(de)(de)(de)溫度、應(ying)變(bian)(應(ying)力(li))、振動(dong)(dong)(加速(su)度)、縫隙(xi)變(bian)化、地下水位(wei)變(bian)化、索力(li)變(bian)化等各項參數(shu)的(de)(de)(de)綜(zong)合(he)(he)實時監(jian)測(ce),并(bing)根據監(jian)測(ce)數(shu)據由監(jian)測(ce)系統判(pan)斷橋(qiao)梁(liang)的(de)(de)(de)健康狀況。
這(zhe)樣,橋(qiao)梁(liang)養護工(gong)作(zuo)人(ren)員(yuan)可(ke)以實(shi)時(shi)真實(shi)地了解到橋(qiao)梁(liang)的(de)安全狀態(tai),為橋(qiao)梁(liang)上的(de)各種(zhong)活動提(ti)供(gong)可(ke)靠有效的(de)參考依據,進而(er)通過提(ti)供(gong)所需要的(de)早(zao)期危險報(bao)警和(he)損(sun)傷評估來保證橋(qiao)梁(liang)的(de)安全,從而(er)大大增強橋(qiao)梁(liang)的(de)生存(cun)能力。
因此建立一(yi)個以橋(qiao)(qiao)梁結(jie)構為(wei)(wei)平臺,應(ying)用現代(dai)傳感、通(tong)信(xin)和(he)網絡技術(shu),優化組合(he)結(jie)構監(jian)測、環境監(jian)測、交通(tong)監(jian)測、設備(bei)監(jian)測、綜合(he)報警、信(xin)息(xi)網絡分析處理和(he)橋(qiao)(qiao)梁養護管(guan)理各功能子系(xi)統為(wei)(wei)一(yi)體的(de)綜合(he)監(jian)測系(xi)統是非常必要(yao)的(de),也具(ju)有非常重要(yao)的(de)意(yi)義(yi)。
監測對象及內容
環境監測:環境監測主(zhu)要為溫度(du)、濕度(du)、風速(大跨(kua)徑橋梁)、雨(yu)量(雨(yu)水(shui)和地(di)(di)表(biao)水(shui)通過地(di)(di)表(biao)垂直和側(ce)向滲透(tou))、孔(kong)隙水(shui)壓力、土壤水(shui)分等(deng),主(zhu)要采用溫度(du)計(ji)、濕度(du)計(ji)、風速傳感器、雨(yu)量計(ji)、孔(kong)隙水(shui)壓計(ji)、土壤水(shui)分計(ji)等(deng);
變形監測:變形監測(ce)主要針(zhen)對沉降、水平位移、傾斜(xie)度等(deng)進(jin)行監測(ce),主要固定(ding)式測(ce)斜(xie)計(ji)、靜力(li)水準(zhun)儀、裂縫(feng)計(ji)等(deng);
應力應變監測:主要針對混凝土結構(gou)表(biao)面、內部應變、鋼(gang)筋受(shou)力(li)、鋼(gang)索受(shou)力(li)等。主要采用混凝土應變計、鋼(gang)筋計、錨索計等;
橋面交通載荷監測:監測的主(zhu)要內容(rong)包括交通載荷的軸數(shu)、車(che)速(su)、輪重、軸重、總重等(deng)信息(xi)。測量數(shu)據(ju)結合(he)橋梁基礎(chu)實(shi)時監測數(shu)據(ju),形成車(che)重影響橋梁參數(shu)數(shu)據(ju)模型(xing)。
監測系統架構
橋(qiao)梁監(jian)測系(xi)統(tong)架構(gou)是通過內部結(jie)構(gou)中的(de)(de)(de)(de)傳感器網絡(luo)來(lai)實時獲取工程(cheng)內部結(jie)構(gou)對環(huan)境(jing)激(ji)勵(人為的(de)(de)(de)(de)或自然(ran)的(de)(de)(de)(de)) 的(de)(de)(de)(de)響應,并從中提取工程(cheng)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)損傷和老化信息(xi),為工程(cheng)的(de)(de)(de)(de)使用和維護工作提供參考,因而可降低維護費用,預(yu)報災(zai)難性事(shi)件的(de)(de)(de)(de)發(fa)生,將(jiang)損失(shi)降低至(zhi)最(zui)小。
橋梁健康監(jian)測(ce)系統的基(ji)本(ben)要求,包括監(jian)測(ce)數據自動(dong)采(cai)集、無線傳輸,原(yuan)始監(jian)測(ce)數據的實時處理,形式(shi)多(duo)樣的實時報(bao)警功能,事前預控提高(gao)效率等。
對于橋梁健(jian)康監測的關鍵,就(jiu)技術上(shang)而(er)言,主(zhu)要是(shi)先進(jin)傳感器的優化布設和信息(xi)的高效(xiao)傳輸;就(jiu)理論上(shang)而(er)言,主(zhu)要是(shi)結構識(shi)別理論和狀態評估理論的發展。
圖為:橋梁監測系統架構圖
橋梁健康監測系統應(ying)包括以下幾個部分:
傳感系統:由傳感器(qi)、二次儀表(biao)等(deng)部分組成,用于將待測物理量轉變為電流、電壓、電阻、鋼弦、頻率等(deng)信號(hao)。
信號采集與處(chu)理系統(tong):實現多種信息源、不同(tong)物理信號的(de)采集與預處理,并根據系統功能要求對數(shu)據進行分解、變換以獲取所需要的(de)參數(shu),以一定的(de)形式存儲起(qi)來。
通信系統:將處理過的數據傳輸到監控中心(xin)。
監控中心(xin)和報警設施:利用可(ke)實現診(zhen)斷功能的(de)各種軟硬件對(dui)接收到(dao)(dao)的(de)數據(ju)進行診(zhen)斷,包括(kuo)工程(cheng)結(jie)構是否受到(dao)(dao)出現損傷(shang)等。傳感(gan)器監測到(dao)(dao)的(de)實時信(xin)(xin)號,經過(guo)采集與處理,由通信(xin)(xin)系統(tong)傳送到(dao)(dao)監控中心進行分析,判(pan)斷損傷(shang)的(de)發生、位置、程(cheng)度,從而(er)對(dui)結(jie)構的(de)健康狀況(kuang)作出評估(gu)。如發現異常,發出報(bao)警信(xin)(xin)息。
圖為:傳感器布設三維展示圖
監測設備布局
本項(xiang)目以橋(qiao)梁為監測(ce)對象,開展(zhan)監測(ce)方案設(she)計。主(zhu)要監測(ce)項(xiang)目包(bao)括環(huan)境監測(ce)、變形監測(ce)、應(ying)力應(ying)變監測(ce)、橋(qiao)面交通荷載監測(ce)等。根據橋(qiao)梁實際跨度,確定傳(chuan)感器(qi)布(bu)設(she)密度,布(bu)設(she)位置。相關布(bu)設(she)原(yuan)則如下:
(1)由于主(zhu)跨承(cheng)載(zai)力較大(da),選取主(zhu)跨為主(zhu)要布(bu)(bu)設斷(duan)面,布(bu)(bu)置(zhi)動(dong)(dong)態稱(cheng)重系統及(ji)自動(dong)(dong)化監測(ce)傳感(gan)器(qi),普通跨度斷(duan)面適量布(bu)(bu)設監測(ce)傳感(gan)器(qi),不設置(zhi)動(dong)(dong)態稱(cheng)重系統;
(2)對環境(jing)的監(jian)測(ce)(ce),溫度計安裝(zhuang)在(zai)塔(ta)(ta)梁接合部、跨(kua)(kua)中(zhong)、主(zhu)跨(kua)(kua)1/4跨(kua)(kua)、索塔(ta)(ta)1/2高度處;空氣(qi)溫度安裝(zhuang)在(zai)塔(ta)(ta)梁接合部外部、跨(kua)(kua)中(zhong)箱梁內外部;風向風速儀(yi)安裝(zhuang)在(zai)橋塔(ta)(ta)高出,一個主(zhu)跨(kua)(kua)斷面布設1個;孔隙(xi)水壓計和土壤(rang)水分(fen)(fen)計安裝(zhuang)在(zai)橋頭兩端(duan)與橋梁結(jie)合部分(fen)(fen),監(jian)測(ce)(ce)此部分(fen)(fen)地(di)下(xia)滲水情況。
(3)變形監測:斷面墩體(ti)之間伸(shen)縮縫(feng)隙處(chu)布設測縫(feng)計;墩體(ti)上布設傾角傳感器4個(ge);靜力水準(zhun)儀固(gu)定在斷面墩體(ti)兩側,在主跨兩端以(yi)及1/2處(chu)布設,監測主跨中(zhong)斷撓度變化。
(4)應(ying)力應(ying)變(bian)監(jian)測(ce):各斷面主梁(liang)及墩體內(nei)部(bu)(bu)在(zai)(zai)橋梁(liang)施工期間預(yu)埋鋼筋計和(he)(he)混(hun)凝土應(ying)變(bian)計,各8—10個。測(ce)量結(jie)構內(nei)部(bu)(bu)鋼筋受力情況(kuang)(kuang)及混(hun)凝土應(ying)變(bian)情況(kuang)(kuang),施工期間結(jie)構內(nei)部(bu)(bu)應(ying)力監(jian)測(ce)及后(hou)期運營(ying)監(jian)測(ce)。錨(mao)索計主要安裝在(zai)(zai)斜拉橋邊索和(he)(he)中間索部(bu)(bu)位。
(5)橋(qiao)(qiao)梁(liang)路(lu)面情況(kuang)監(jian)測:橋(qiao)(qiao)梁(liang)兩(liang)端(duan)入口處分(fen)別布設一套道路(lu)動態實時監(jian)測系統,對橋(qiao)(qiao)梁(liang)運(yun)營(ying)期(qi)間過往車(che)輛所產生的交通荷載進行實時監(jian)測。
數據管理中心及
軟件平臺
圖為:數據管理中心概念圖
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軟件平臺
系(xi)(xi)統(tong)(tong)介紹:本(ben)(ben)軟件(jian)是(shi)(shi)為四川奇石緣科(ke)技股份有限公司(si)管理土木(mu)項(xiang)目(mu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)而編制的(de)(de)(de)(de),軟件(jian)的(de)(de)(de)(de)主要目(mu)的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)為土木(mu)健(jian)康(kang)分析和(he)大數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)處理奠定基礎(chu),本(ben)(ben)系(xi)(xi)統(tong)(tong)是(shi)(shi)獨(du)立的(de)(de)(de)(de),目(mu)前不與任何系(xi)(xi)統(tong)(tong)和(he)其他系(xi)(xi)統(tong)(tong)提供接(jie)口,所產生的(de)(de)(de)(de)輸出都是(shi)(shi)獨(du)立的(de)(de)(de)(de)。本(ben)(ben)系(xi)(xi)統(tong)(tong)將(jiang)使用SQL Server作為數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)庫存(cun)儲(chu)系(xi)(xi)統(tong)(tong),數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)庫本(ben)(ben)身不提供直接(jie)的(de)(de)(de)(de)操作和(he)訪(fang)問,對數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)庫的(de)(de)(de)(de)訪(fang)問是(shi)(shi)通過(guo)程序來進行的(de)(de)(de)(de),操作人員可以不關心數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)庫的(de)(de)(de)(de)存(cun)儲(chu)。該系(xi)(xi)統(tong)(tong)提供了用戶、角色、權限、項(xiang)目(mu)和(he)文檔的(de)(de)(de)(de)管理功(gong)能,包(bao)括(kuo)這些數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)計(ji)算(suan)機查詢和(he)顯示。
系統功(gong)能:可(ke)查看工程項目(mu)(mu)信息、項目(mu)(mu)圖表、項目(mu)(mu)日(ri)志、項目(mu)(mu)文檔等(deng)資料。可(ke)進(jin)行時(shi)間(jian)地溫、深度地溫、沉降、應力應變(bian)(bian)等(deng)通(tong)用的(de)一(yi)些數據(ju)(ju)分(fen)析(xi)(xi)。例如(ru)地溫時(shi)間(jian)曲(qu)線(xian),選定(ding)(ding)需分(fen)析(xi)(xi)的(de)傳感(gan)器或者(zhe)是一(yi)組傳感(gan)器,設定(ding)(ding)需要(yao)分(fen)析(xi)(xi)的(de)時(shi)間(jian)范(fan)圍,畫(hua)出(chu)曲(qu)線(xian)。方便直觀的(de)查詢已有的(de)原始數據(ju)(ju),且(qie)可(ke)以一(yi)鍵導出(chu)到word文檔,根據(ju)(ju)這(zhe)些原始數據(ju)(ju)進(jin)行專業、科(ke)學(xue)分(fen)析(xi)(xi)后(hou)預測路(lu)基沉降變(bian)(bian)化(hua)規律(lv),便于提前預警。一(yi)旦(dan)數據(ju)(ju)發(fa)生(sheng)異常(chang),系統自(zi)動發(fa)送異常(chang)通(tong)知至管理員郵箱,及(ji)時(shi)得到解決。
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平臺預警
本系(xi)統(tong)設置(zhi)三級(ji)報警機(ji)制,一級(ji)報警機(ji)制主要針對(dui)于短時間(jian)、異(yi)常、大幅度的參數(shu)波動,二級(ji)報警機(ji)制主要針對(dui)于長期、小(xiao)幅度漸變的參數(shu)波動,三級(ji)報警機(ji)制主要針對(dui)于根據數(shu)據模型分析出的潛在健(jian)康災害預警信息(xi)。
橋梁監測對象主要(yao)為:沉降、位移(yi)、傾斜(xie)、應力(li)等。針對這些物理量,根據規范設(she)置預(yu)警(jing)值(zhi),當數據采(cai)集過程中監測到變化量達到預(yu)警(jing)值(zhi),系統立刻作出(chu)預(yu)警(jing),通(tong)過通(tong)過短信或郵件的(de)方(fang)式直接反饋給(gei)管理人員(yuan),并及時采(cai)取有(you)效(xiao)防(fang)范措施,避免事故的(de)發生。