橋梁信息化監(jiān)測(cè)在公路橋梁養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用
——以董鋪水庫(kù)大橋?yàn)槔?/h1>
2022-10-11 05:54:38安徽皖通高速公路股份有限公司合肥管理處程浩安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司汪開(kāi)喜
中國(guó)建設(shè)信息化 2022年18期
文｜安徽皖通高速公路股份有限公司合肥管理處 程浩；安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 汪開(kāi)喜
引言
近年來(lái)中國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)和施工水平正以驚人的速度和規(guī)模快步由橋梁大國(guó)邁向橋梁強(qiáng)國(guó)，但是由于前期各種技術(shù)及認(rèn)知程度的局限性，以及設(shè)計(jì)、施工和材料的先天缺陷、超載運(yùn)輸及結(jié)構(gòu)安全監(jiān)管不足等耦發(fā)因素的綜合作用下，加之現(xiàn)代化、信息化橋梁監(jiān)管養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段和養(yǎng)護(hù)資金的不足，橋梁安全事故時(shí)有發(fā)生，加強(qiáng)橋梁的科學(xué)管理與智慧養(yǎng)護(hù)已成為一個(gè)突出的問(wèn)題，如何提高對(duì)橋梁的管理和養(yǎng)護(hù)水平，真正落實(shí)“建養(yǎng)并重、強(qiáng)化管理”的方針，成了當(dāng)務(wù)之急。
1.工程概況
董鋪水庫(kù)大橋于2008年建成通車(chē)，是合淮阜高速公路上的一座大型橋梁，主橋上部結(jié)構(gòu)為（60+100+60）m三跨PC變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋上部結(jié)構(gòu)為30m的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)車(chē)速120km/h，橋面全寬34.5m。
該橋建成后，每年有不同病害產(chǎn)生，尤其是主橋有不同程度的下?lián)希?014年橋梁專項(xiàng)檢查報(bào)告指出，橋梁線型平順性較差，其中左幅主跨跨中處與設(shè)計(jì)值相差最大為17.4cm，右幅主跨跨中處與設(shè)計(jì)值相差最大為17.6cm。2015年對(duì)該橋進(jìn)行了維修加固處置，主要措施有：
（1）主橋箱梁增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束；
（2）箱梁裂縫封縫灌封修復(fù)；
（3）箱梁腹板、頂板、底板及中橫梁粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)。
橋梁維修加固完成后，有效阻止了主梁下?lián)纤俣?，同時(shí)減緩了裂縫的發(fā)展。但是主梁跨中下?lián)蠁?wèn)題難以根除，因此對(duì)該橋進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)十分必要且緊迫。
2.橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)框架
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其主要任務(wù)是獲取收集橋梁所在的環(huán)境荷載、橋梁各類(lèi)部件結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變及位移變化和局部構(gòu)件損傷或病害等信息，在對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)根據(jù)各種影響因素進(jìn)行綜合分析和判別評(píng)估的基礎(chǔ)上得到橋面行車(chē)信息和結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)等信息，為大橋安全運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持。 系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：
（1）傳感器子系統(tǒng)
通過(guò)布設(shè)在橋梁上的傳感器將各類(lèi)監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電（光）信號(hào)。
（2）數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)
將監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可讀取識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并完成在線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。
（3）數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)處理版塊對(duì)采集到的橋梁相關(guān)數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進(jìn)行換算、判別、過(guò)濾、統(tǒng)計(jì)等處理，將處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的物理量和特征值；數(shù)據(jù)管理版塊將最終的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件中，以便在后期管養(yǎng)工作時(shí)在系統(tǒng)中查詢分析和調(diào)用。
（4）軟件子系統(tǒng)
軟件子系統(tǒng)將獲取到的橋梁信息，通過(guò)數(shù)字、曲線、圖形圖像等方式實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，展示橋梁狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定的預(yù)警值進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全預(yù)警，并可以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
2.2 檢測(cè)內(nèi)容與方法
梁橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容共分為“環(huán)境、作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化”4大監(jiān)測(cè)類(lèi)別。
2.2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，該橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，橋梁新增主梁內(nèi)溫度、濕度監(jiān)測(cè)。
2.2.2 作用監(jiān)測(cè)
作用監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括車(chē)輛荷載、結(jié)構(gòu)溫度等。車(chē)輛荷載是橋梁運(yùn)營(yíng)期間的主要荷載，通過(guò)監(jiān)測(cè)橋上所有車(chē)道的車(chē)重、軸重、車(chē)流量、空間分布等數(shù)據(jù)，可以獲得車(chē)輛荷載信息，為橋梁評(píng)估提供荷載數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括混凝土溫度等，通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以為溫度修正和溫度梯度的獲取提供依據(jù)。
2.2.3 結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)
梁橋響應(yīng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括位移、應(yīng)變、振動(dòng)等。位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括主梁撓度、支座位移、梁端縱向位移等，通過(guò)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以評(píng)估橋梁整體穩(wěn)定性；應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要包括主梁關(guān)鍵截面等，通過(guò)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以確定主梁的應(yīng)力狀態(tài)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要包括主梁豎向振動(dòng)加速度、主梁橫向振動(dòng)加速度，通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以判斷橋梁是否發(fā)生過(guò)大的振動(dòng)，識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)頻率、振型、阻尼比等動(dòng)力特性，判斷是否發(fā)生渦振等。
表1 環(huán)境監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)
表2 作用監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)
2.2.4 結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)
結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)主要包括基礎(chǔ)沖刷、橋墩沉降、裂縫、預(yù)應(yīng)力等，根據(jù)該橋?qū)嶋H情況和特點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)裂縫變化。構(gòu)件裂縫監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)宜依據(jù)檢測(cè)評(píng)估結(jié)果確定其位置和數(shù)量，宜對(duì)裂縫寬度的發(fā)展變化趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，根據(jù)橋梁定期檢查報(bào)告，左右幅各增設(shè)5個(gè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
2.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸
橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊是整個(gè)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)完成對(duì)橋梁上各類(lèi)傳感器獲取的橋梁信息數(shù)據(jù)的信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換及信號(hào)傳輸，是連接橋梁外場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)云端的紐帶，數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊主要由數(shù)據(jù)采集軟件、采集設(shè)備、傳輸設(shè)備以及其它附屬設(shè)備等構(gòu)成[1]。
2.3.1 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集主要設(shè)備有動(dòng)態(tài)稱重采集儀、多功能信號(hào)采集儀、采集工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集站?；跇蛄荷细黝?lèi)傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的不同，其所支持的采樣頻率需滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)和要求。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)考慮靈活性和可配置性，可以支持通過(guò)配置程序修改采樣制式和頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。
2.3.2 數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸方式應(yīng)根據(jù)橋址環(huán)境、監(jiān)測(cè)規(guī)模、傳感器及采集設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行選擇，可分為有線傳輸和無(wú)線傳輸。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)優(yōu)先考慮有線傳輸方式，當(dāng)不具備條件或較為困難時(shí)，可考慮選用無(wú)線傳輸。有線傳輸應(yīng)選用帶寬高、傳輸距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)的光纖傳輸，傳輸網(wǎng)絡(luò)宜采用基于TCP/IP協(xié)議的光纖專網(wǎng)[2]。無(wú)線傳輸應(yīng)選用監(jiān)測(cè)規(guī)模、監(jiān)測(cè)需求及具備的網(wǎng)絡(luò)條件選擇適宜的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，帶寬、傳輸距離、時(shí)延應(yīng)滿足監(jiān)測(cè)需求。
2.3.3 數(shù)據(jù)處理
橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要進(jìn)行有序存儲(chǔ)，以便在調(diào)取時(shí)可以快速檢索查詢；日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理對(duì)保證所觀測(cè)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義，將在線數(shù)據(jù)中獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為養(yǎng)護(hù)工作師可以理解的有用信息。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件接收并解析大橋現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送的各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、二次處理、特征值提取以及數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)功能。針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的處理方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、特征提取、數(shù)據(jù)解耦、轉(zhuǎn)換與統(tǒng)計(jì)等處理。同時(shí)軟件可通過(guò)可視化界面遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理參數(shù)設(shè)置。
數(shù)據(jù)處理的主要功能包括：
（1）與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行通信，接收采集數(shù)據(jù)；
（2）對(duì)所采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（包括過(guò)濾、提取、數(shù)據(jù)耦合、轉(zhuǎn)換）[3]；
（3）將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，由B/S軟件平臺(tái)完成數(shù)據(jù)調(diào)用；
（4）將處理過(guò)后的時(shí)程數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)和文件；
（5）將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)以指定格式傳輸至Web服務(wù)器。
3.數(shù)據(jù)采集與分析在養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用
3.1 養(yǎng)護(hù)平臺(tái)搭建
以滿足橋梁運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理需求為前提，通過(guò)GIS+BIM模式，來(lái)展示各監(jiān)測(cè)類(lèi)別、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并繪制攝像機(jī)外場(chǎng)圖層、各測(cè)點(diǎn)圖層實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測(cè)資源的分布展示，了解橋梁結(jié)構(gòu)信息，為橋梁養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)決策依據(jù)。
3.2 橋梁養(yǎng)護(hù)管理
系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁動(dòng)靜態(tài)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為養(yǎng)護(hù)人員可讀取識(shí)別的可用信息，及時(shí)了解橋梁運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)構(gòu)變化，為進(jìn)一步做好橋梁養(yǎng)護(hù)提供可靠譜依據(jù)。
3.2.1 橋梁信息管理
橋梁信息管理模塊用來(lái)展示橋梁的基本信息、圖片信息、歷史大事記信息，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中橋梁卡片的信息要求，完成橋梁所處行政區(qū)劃代碼、行政識(shí)別數(shù)據(jù)、橋梁技術(shù)指標(biāo)、橋梁結(jié)構(gòu)信息、橋梁檔案資料等信息的錄入和展示，并且可自動(dòng)生成橋梁基本狀況卡片。
3.2.2 橋梁監(jiān)測(cè)管理
通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示模塊展示系統(tǒng)中各監(jiān)測(cè)項(xiàng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，直觀反映橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化和實(shí)時(shí)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)人員可查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)值，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析，了解橋梁的病害發(fā)展，為橋梁養(yǎng)護(hù)工作提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)，更好的采取養(yǎng)護(hù)措施，為橋梁的健康安全保駕護(hù)航。
3.2.3 橋梁報(bào)警管理
橋梁出現(xiàn)的異常狀態(tài)實(shí)時(shí)警示報(bào)警基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果進(jìn)行。監(jiān)測(cè)報(bào)警分為基于直接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警和基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的報(bào)警兩類(lèi)?；谥苯颖O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警通過(guò)設(shè)定監(jiān)測(cè)變量的報(bào)警閾值，當(dāng)實(shí)際監(jiān)測(cè)量超過(guò)閾值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的報(bào)警，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，提取與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)相關(guān)的特征指標(biāo)，并根據(jù)這些特征指標(biāo)的變化，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)異常狀態(tài)報(bào)警。
董鋪水庫(kù)大橋監(jiān)測(cè)主要對(duì)主橋下?lián)铣潭冗M(jìn)行報(bào)警設(shè)置，一是監(jiān)測(cè)當(dāng)年的下?lián)现蹬c上年的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)置每年的下?lián)蠄?bào)警值；二是分析橋梁從建設(shè)時(shí)期到現(xiàn)在的下?lián)锨闆r，設(shè)置累計(jì)下?lián)系南拗颠M(jìn)行報(bào)警。
通過(guò)采集的下?lián)蠑?shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比，數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用圍繞橋梁安全與耐久，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)和結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行報(bào)警，并定期進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估及診斷，根據(jù)評(píng)估診斷結(jié)果，適時(shí)制定養(yǎng)護(hù)方案，限制橋梁病害和下?lián)线M(jìn)一步發(fā)展，保障橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全。
4.結(jié)語(yǔ)
本文以董鋪水庫(kù)大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例，闡述了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)在養(yǎng)護(hù)管理中的應(yīng)用，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估，有效的監(jiān)管和掌握運(yùn)營(yíng)期橋梁的結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，幫助橋梁運(yùn)營(yíng)管理單位制定精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、合理的養(yǎng)護(hù)措施，為橋梁開(kāi)展科學(xué)決策和智慧養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。
表4 結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)（裂縫）
圖1 橋梁測(cè)點(diǎn)布置圖
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文｜安徽皖通高速公路股份有限公司合肥管理處 程浩；安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 汪開(kāi)喜
引言
近年來(lái)中國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)和施工水平正以驚人的速度和規(guī)模快步由橋梁大國(guó)邁向橋梁強(qiáng)國(guó)，但是由于前期各種技術(shù)及認(rèn)知程度的局限性，以及設(shè)計(jì)、施工和材料的先天缺陷、超載運(yùn)輸及結(jié)構(gòu)安全監(jiān)管不足等耦發(fā)因素的綜合作用下，加之現(xiàn)代化、信息化橋梁監(jiān)管養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段和養(yǎng)護(hù)資金的不足，橋梁安全事故時(shí)有發(fā)生，加強(qiáng)橋梁的科學(xué)管理與智慧養(yǎng)護(hù)已成為一個(gè)突出的問(wèn)題，如何提高對(duì)橋梁的管理和養(yǎng)護(hù)水平，真正落實(shí)“建養(yǎng)并重、強(qiáng)化管理”的方針，成了當(dāng)務(wù)之急。
1.工程概況
董鋪水庫(kù)大橋于2008年建成通車(chē)，是合淮阜高速公路上的一座大型橋梁，主橋上部結(jié)構(gòu)為（60+100+60）m三跨PC變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋上部結(jié)構(gòu)為30m的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)車(chē)速120km/h，橋面全寬34.5m。
該橋建成后，每年有不同病害產(chǎn)生，尤其是主橋有不同程度的下?lián)希?014年橋梁專項(xiàng)檢查報(bào)告指出，橋梁線型平順性較差，其中左幅主跨跨中處與設(shè)計(jì)值相差最大為17.4cm，右幅主跨跨中處與設(shè)計(jì)值相差最大為17.6cm。2015年對(duì)該橋進(jìn)行了維修加固處置，主要措施有：
（1）主橋箱梁增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束；
（2）箱梁裂縫封縫灌封修復(fù)；
（3）箱梁腹板、頂板、底板及中橫梁粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)。
橋梁維修加固完成后，有效阻止了主梁下?lián)纤俣?，同時(shí)減緩了裂縫的發(fā)展。但是主梁跨中下?lián)蠁?wèn)題難以根除，因此對(duì)該橋進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)十分必要且緊迫。
2.橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)框架
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其主要任務(wù)是獲取收集橋梁所在的環(huán)境荷載、橋梁各類(lèi)部件結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變及位移變化和局部構(gòu)件損傷或病害等信息，在對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)根據(jù)各種影響因素進(jìn)行綜合分析和判別評(píng)估的基礎(chǔ)上得到橋面行車(chē)信息和結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)等信息，為大橋安全運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持。 系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：
（1）傳感器子系統(tǒng)
通過(guò)布設(shè)在橋梁上的傳感器將各類(lèi)監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電（光）信號(hào)。
（2）數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)
將監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可讀取識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并完成在線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。
（3）數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)處理版塊對(duì)采集到的橋梁相關(guān)數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進(jìn)行換算、判別、過(guò)濾、統(tǒng)計(jì)等處理，將處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的物理量和特征值；數(shù)據(jù)管理版塊將最終的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件中，以便在后期管養(yǎng)工作時(shí)在系統(tǒng)中查詢分析和調(diào)用。
（4）軟件子系統(tǒng)
軟件子系統(tǒng)將獲取到的橋梁信息，通過(guò)數(shù)字、曲線、圖形圖像等方式實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，展示橋梁狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定的預(yù)警值進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全預(yù)警，并可以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
2.2 檢測(cè)內(nèi)容與方法
梁橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容共分為“環(huán)境、作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化”4大監(jiān)測(cè)類(lèi)別。
2.2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，該橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，橋梁新增主梁內(nèi)溫度、濕度監(jiān)測(cè)。
2.2.2 作用監(jiān)測(cè)
作用監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括車(chē)輛荷載、結(jié)構(gòu)溫度等。車(chē)輛荷載是橋梁運(yùn)營(yíng)期間的主要荷載，通過(guò)監(jiān)測(cè)橋上所有車(chē)道的車(chē)重、軸重、車(chē)流量、空間分布等數(shù)據(jù)，可以獲得車(chē)輛荷載信息，為橋梁評(píng)估提供荷載數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括混凝土溫度等，通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以為溫度修正和溫度梯度的獲取提供依據(jù)。
2.2.3 結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)
梁橋響應(yīng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括位移、應(yīng)變、振動(dòng)等。位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)主要包括主梁撓度、支座位移、梁端縱向位移等，通過(guò)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以評(píng)估橋梁整體穩(wěn)定性；應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要包括主梁關(guān)鍵截面等，通過(guò)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以確定主梁的應(yīng)力狀態(tài)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要包括主梁豎向振動(dòng)加速度、主梁橫向振動(dòng)加速度，通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以判斷橋梁是否發(fā)生過(guò)大的振動(dòng)，識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)頻率、振型、阻尼比等動(dòng)力特性，判斷是否發(fā)生渦振等。
表1 環(huán)境監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)
表2 作用監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)
2.2.4 結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)
結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)主要包括基礎(chǔ)沖刷、橋墩沉降、裂縫、預(yù)應(yīng)力等，根據(jù)該橋?qū)嶋H情況和特點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)裂縫變化。構(gòu)件裂縫監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)宜依據(jù)檢測(cè)評(píng)估結(jié)果確定其位置和數(shù)量，宜對(duì)裂縫寬度的發(fā)展變化趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，根據(jù)橋梁定期檢查報(bào)告，左右幅各增設(shè)5個(gè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
2.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸
橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊是整個(gè)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)完成對(duì)橋梁上各類(lèi)傳感器獲取的橋梁信息數(shù)據(jù)的信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換及信號(hào)傳輸，是連接橋梁外場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)云端的紐帶，數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊主要由數(shù)據(jù)采集軟件、采集設(shè)備、傳輸設(shè)備以及其它附屬設(shè)備等構(gòu)成[1]。
2.3.1 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集主要設(shè)備有動(dòng)態(tài)稱重采集儀、多功能信號(hào)采集儀、采集工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集站?；跇蛄荷细黝?lèi)傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的不同，其所支持的采樣頻率需滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)和要求。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)考慮靈活性和可配置性，可以支持通過(guò)配置程序修改采樣制式和頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。
2.3.2 數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸方式應(yīng)根據(jù)橋址環(huán)境、監(jiān)測(cè)規(guī)模、傳感器及采集設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行選擇，可分為有線傳輸和無(wú)線傳輸。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)優(yōu)先考慮有線傳輸方式，當(dāng)不具備條件或較為困難時(shí)，可考慮選用無(wú)線傳輸。有線傳輸應(yīng)選用帶寬高、傳輸距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)的光纖傳輸，傳輸網(wǎng)絡(luò)宜采用基于TCP/IP協(xié)議的光纖專網(wǎng)[2]。無(wú)線傳輸應(yīng)選用監(jiān)測(cè)規(guī)模、監(jiān)測(cè)需求及具備的網(wǎng)絡(luò)條件選擇適宜的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，帶寬、傳輸距離、時(shí)延應(yīng)滿足監(jiān)測(cè)需求。
2.3.3 數(shù)據(jù)處理
橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要進(jìn)行有序存儲(chǔ)，以便在調(diào)取時(shí)可以快速檢索查詢；日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理對(duì)保證所觀測(cè)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義，將在線數(shù)據(jù)中獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為養(yǎng)護(hù)工作師可以理解的有用信息。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件接收并解析大橋現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送的各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、二次處理、特征值提取以及數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)功能。針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的處理方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、特征提取、數(shù)據(jù)解耦、轉(zhuǎn)換與統(tǒng)計(jì)等處理。同時(shí)軟件可通過(guò)可視化界面遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理參數(shù)設(shè)置。
數(shù)據(jù)處理的主要功能包括：
（1）與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行通信，接收采集數(shù)據(jù)；
（2）對(duì)所采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（包括過(guò)濾、提取、數(shù)據(jù)耦合、轉(zhuǎn)換）[3]；
（3）將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，由B/S軟件平臺(tái)完成數(shù)據(jù)調(diào)用；
（4）將處理過(guò)后的時(shí)程數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)和文件；
（5）將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)以指定格式傳輸至Web服務(wù)器。
3.數(shù)據(jù)采集與分析在養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用
3.1 養(yǎng)護(hù)平臺(tái)搭建
以滿足橋梁運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理需求為前提，通過(guò)GIS+BIM模式，來(lái)展示各監(jiān)測(cè)類(lèi)別、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并繪制攝像機(jī)外場(chǎng)圖層、各測(cè)點(diǎn)圖層實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測(cè)資源的分布展示，了解橋梁結(jié)構(gòu)信息，為橋梁養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)決策依據(jù)。
3.2 橋梁養(yǎng)護(hù)管理
系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁動(dòng)靜態(tài)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為養(yǎng)護(hù)人員可讀取識(shí)別的可用信息，及時(shí)了解橋梁運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)構(gòu)變化，為進(jìn)一步做好橋梁養(yǎng)護(hù)提供可靠譜依據(jù)。
3.2.1 橋梁信息管理
橋梁信息管理模塊用來(lái)展示橋梁的基本信息、圖片信息、歷史大事記信息，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中橋梁卡片的信息要求，完成橋梁所處行政區(qū)劃代碼、行政識(shí)別數(shù)據(jù)、橋梁技術(shù)指標(biāo)、橋梁結(jié)構(gòu)信息、橋梁檔案資料等信息的錄入和展示，并且可自動(dòng)生成橋梁基本狀況卡片。
3.2.2 橋梁監(jiān)測(cè)管理
通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示模塊展示系統(tǒng)中各監(jiān)測(cè)項(xiàng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，直觀反映橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化和實(shí)時(shí)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)人員可查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)值，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析，了解橋梁的病害發(fā)展，為橋梁養(yǎng)護(hù)工作提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)，更好的采取養(yǎng)護(hù)措施，為橋梁的健康安全保駕護(hù)航。
3.2.3 橋梁報(bào)警管理
橋梁出現(xiàn)的異常狀態(tài)實(shí)時(shí)警示報(bào)警基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果進(jìn)行。監(jiān)測(cè)報(bào)警分為基于直接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警和基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的報(bào)警兩類(lèi)?；谥苯颖O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警通過(guò)設(shè)定監(jiān)測(cè)變量的報(bào)警閾值，當(dāng)實(shí)際監(jiān)測(cè)量超過(guò)閾值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的報(bào)警，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，提取與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)相關(guān)的特征指標(biāo)，并根據(jù)這些特征指標(biāo)的變化，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)異常狀態(tài)報(bào)警。
董鋪水庫(kù)大橋監(jiān)測(cè)主要對(duì)主橋下?lián)铣潭冗M(jìn)行報(bào)警設(shè)置，一是監(jiān)測(cè)當(dāng)年的下?lián)现蹬c上年的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)置每年的下?lián)蠄?bào)警值；二是分析橋梁從建設(shè)時(shí)期到現(xiàn)在的下?lián)锨闆r，設(shè)置累計(jì)下?lián)系南拗颠M(jìn)行報(bào)警。
通過(guò)采集的下?lián)蠑?shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比，數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用圍繞橋梁安全與耐久，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)和結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行報(bào)警，并定期進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估及診斷，根據(jù)評(píng)估診斷結(jié)果，適時(shí)制定養(yǎng)護(hù)方案，限制橋梁病害和下?lián)线M(jìn)一步發(fā)展，保障橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全。
4.結(jié)語(yǔ)
本文以董鋪水庫(kù)大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例，闡述了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)在養(yǎng)護(hù)管理中的應(yīng)用，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估，有效的監(jiān)管和掌握運(yùn)營(yíng)期橋梁的結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，幫助橋梁運(yùn)營(yíng)管理單位制定精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、合理的養(yǎng)護(hù)措施，為橋梁開(kāi)展科學(xué)決策和智慧養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。
表4 結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)（裂縫）
圖1 橋梁測(cè)點(diǎn)布置圖
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