黄埔大桥健康监控系统简介

Woodrow

  一、前言
     广州珠江黄埔大桥健康监控系统主要由南汊悬索桥、北汊斜拉桥传感器系统，数据传输系统，数据管理、分析与安全评估系统等组成。
     其中，传感器系统包括对桥梁环境进行监测的温、湿度传感器子系统与风力传感器子系统，对桥梁结构整体性能进行监测的结构位移变形监测子系统（连通管子系统、GPS子系统）与桥梁动力特性及振动水平监测振动传感器子系统、对索力进行监测的加速度传感器子系统以及对桥梁结构控制断面应力（应变）进行监测的静应变（应力）传感器子系统与动应变（应力）传感器子系统。
     数据传输系统利用大桥传输光缆，将各传感器子系统采集的数据实时传输至大桥监控中心健康监控系统服务器端。
     数据管理、分析与安全评估系统通过对各传感器子系统采集数据的整理、分析，提供各子系统的监测分析结果和报表，实现对大桥的安全评估和预警。
     珠江黄埔大桥桥梁健康与安全监测达到以下目标：
     （1）通过对使用中桥梁结构的动态跟踪检查及其所处环境条件的监测，及时查明结构现存缺陷与质量衰变，并评估分析其在所处环境条件下的可能发展势态及其对结构安全运营造成的可能潜在威胁，为养护需求、养护措施所采用的决策提供科学依据，以达到运用有限的养护资金获得最佳养护效果，确保结构安全运营的目的。同时设定结构的健康预警线，当桥梁结构处于”亚健康”状态时，及时提醒管理者进行针对性的检查，并加强相应的养护维修。
     （2）设定结构安全预警值。对大桥结构的健康状况、结构安全可靠性进行评估，进而给大桥运营者提供等级预警信息。当桥梁性能退化，超过预警值时，能发出警报，提示立即对结构进行检查及维修。
     （3）显示出特殊事件交通管制控制值。对于台风、地震等特殊环境条件给予报警，以提示管理者进行车辆通行限制。
     （4）通过对桥梁结构振动响应的监测分析，掌握结构动力性能，论证其抗风、抗震稳定性，确定桥梁使用过程中的振动环境控制条件，研究结构固有动力特性参数的演变，预报结构可能存在的隐患或质量衰退等。
   二、主要监测内容
   2.1、桥梁环境监测
     桥址处大气环境温度测点布置在北汊斜拉桥1个，南汊悬索桥2个，共计3个测点。采用带有温度测试功能的振弦式应变计进行监测，可准确地掌握控制断面温度分布状况与规律，有助于正确地分析钢箱梁应力状况。
温湿度监测系统在黄埔大桥北汊斜拉桥共布设4个测点，南汊桥钢箱梁温湿度传感器测点共5个，南北锚碇12个测点，南北主塔塔顶两侧鞍室布设4个测点。总计25个传感器。通过对大桥重要部位的湿度监测，可以掌握大桥控制断面、鞍室、锚室的湿度分布状况及变化规律，根据监控系统设定的阀值警戒线，对抽湿机的有效工作提供依据。

  2.2、桥梁结构位移变形监测

    使用GPS形变监测网和连通管垂直位移监测系统测定桥梁基础沉降、箱梁挠曲变形和桥塔位移的方案，对航道桥的桥墩沉降、主跨跨中挠度和桥塔位移采用GPS形变监测网监测，对南、北汊桥的箱梁挠度变形监测使用连通管垂直位移监测系统。
     GPS布置共13点，主要分布在桥塔塔顶及箱梁跨中部位。布置在桥塔顶部主要考虑桥塔为高耸结构，在较大风速下变形较大，故监测该部位。主跨跨中一般来说是桥梁变形最大的部位，在此部位也设置GPS测点。
     各部位的相对静态位置，采用时段观测值网平差解；各部位动态位移监测采用RTK局域网差分解。计算结果给出各部位的三维坐标和相对精度。由此绘出桥体各部位水平位移矢量；桥塔垂直位移时序曲线；桥塔水平位移时序轨迹、倾斜变位曲线、箱梁挠曲变位时序曲线。

  2.3、桥梁动力特性及振动水平的监测
     考虑塔顶的振动较大，而且容易引起索力的重新分布，因此对塔顶进行了监测；船只通过通航孔时可能发生意外，与桥墩发生碰撞，因此在通航孔桥墩处布置水平向传感器进行监测。箱梁振动测试断面布设在斜拉桥的6个截面，悬索桥的5个截面处；在3个桥塔上各布置1个测点（2个方向传感器），测点布置考虑主要模态振型测试的可行性，同时注意扭转振型的测点布置和三个方向的振动。共计28个测振传感器。通过振动系统，可以了解桥梁的动力特性，并将分析数据作为桥梁的健康档案，为桥梁健康评估储备信息，另外利用测振传感器进行振动水平的监测，以便作为桥梁振动控制的依据。

  2.4、静应变（应力）监测
     静应变（应力）监测系统由应变计、传输线、应变测试仪、数据采集与处理系统组成。采用施工预埋应变测试元件和表面粘结的应变测试元件作为监测点的应变监测传感器，数据采集采用网络接口与计算机连接，实现数据采集、处理、远程控制。
珠江黄埔大桥静应变（应力）监测共有23个断面，100个测点。每一箱梁断面在顶板、底板和腹板共布置4～6只应变计，桥塔每一断面布置4只应变计。通过了解桥梁的受力情况，根据关键点的情况，对桥梁的使用状况进行一个大致的了解，以判定桥梁的总体健康情况。

  2.5、动应变（应力）监测
     通过对结构动应变的监测，可以较好地掌握桥梁的受动态荷载（车辆、地震、台风）下结构的响应，并可以通过动力放大系数、荷载统计得出结构安全状况。动应变的监测采用电阻式应变传感器进行，用于钢结构监测的电阻式传感器封装较好，稳定性较好，寿命较长，能够符合桥梁长期健康监测的使用。
     珠江黄埔大桥动应变（应力）监测共有10个断面，共13个动应变传感器，对钢箱梁底板应变进行监测。
   2.6、拉索状态的监测
     斜拉索是通航孔桥梁结构的关键受力杆件，对其进行受力状态和拉索完好程度监控是大桥结构安全与健康状态监测的重要组成部分。其内容包括两部分：索力监测和索振动监测。斜拉桥拉索较长，受刚度影响较小，利用振动法监测斜拉桥的索力精度较高，可达1％F.S，而且其可更换性好。另外振动法还可以监测台风状况下拉索的振动情况，可为拉索疲劳等问题提供数据。
     在北汊斜拉桥上下游共计16根索上布设16只加速度传感器，设置16个测点。通过对拉索振动情况进行监测，从而得出斜拉索的索力，并且可以对索结构的振动水平进行监测。
   三、系统监测的运行
     数据管理系统通过各种数据采集软件，根据不同监测要求，定时给不同传感器发送指令，采集监测分析所需要的桥梁各部位的变形、应变、振动等信息，并存储于不同的服务器。
     数据分析与安全评估系统由后台数据分析系统AutoService与数据呈现系统WebMonitor组成。后台数据分析系统AutoService每天定时对各系统采集的数据进行分析，提供数据呈现系统WebMonitor所需数据，并按配置要求制作相应报表，如图3.1所示。
     数据呈现系统WebMonitor则以网页的形式，向管理者提供一套包括全景导航、用户管理、参数设置、监测分析与预警、状态评估、网络监测、设备自诊断及报表下载等功能在内的健康监控系统综合管理系统。
珠江黄埔大桥健康监控系统自正式投入试运行以来，对有关参数阀值以及后台配置等各参数进行了分析设置，对部分程序进行了更新和配置调整。目前，传感系统和数据传输系统工作正常，数据管理与分析系统的各参数配置合理，整个监控系统运行稳定，为大桥的日常养护和安全运营提供了有力的支持。

Woodrow

珠江黄埔大桥结构健康与安全监测系统测点与测试方法设计
作者：张少锦 刘文峰  张太科 刘刚
摘 要：本文以正在建设中的广州珠江黄埔大桥为背景，提出设置结构健康与安全监测系统的构思。针对大桥斜拉桥和悬索桥的结构和环境特点，按照可用、有用、实用的设计原则，提出了分阶段实施的概念，选择了合适的监测方法、控制了建设的规模，并就监测测点的布置进行了分析，提出了结构健康与安全监测系统的设计方案。
关键词：结构健康与安全监测，测点设计，悬索桥，斜拉桥，测试方法

全文地址：http://gdsglxh.gdcd.gov.cn/AllAt ... 29-10f8f1dbd451.doc