項目背景

   某市業主計劃建立該區域的橋梁健康監測係統，筆者根據該（gāi）地區橋梁結構特點以及需求對係統建設給出了自己的個人建議。

    根據現（xiàn）場（chǎng）調研情況橋梁結構的主要（yào）類型包括：

（1）簡（jiǎn）支梁（liáng）板橋

（2）連續梁板橋

（3）係杆拱橋

（4）閉合框架橋

   項目建設的需求是將健康監測係統同橋梁數字化管養有機（jī）的結合，並同未來智慧化城市橋梁相對（duì）接。其主要功能模塊包括：數字（zì）化橋梁信息管理模塊、動（dòng）態實時結（jié）構（gòu）監（jiān）測模塊、橋梁BIM模型、GIS地（dì）理信息係（xì）統模塊、橋梁健康評估模塊等部分組成。

     橋梁結構受力形式除係杆拱橋外，其它橋梁結構的受力特點明確，監測（cè）結構主要參數相（xiàng）對較為簡單，主要為撓度和應變，最（zuì）關鍵的參數為撓度。考慮到典型（xíng）路線重（chóng）載的特點，在重（chóng）載路線應增加動態稱重係統。此外考慮到典型橋梁病害主要（yào）包（bāo）括耐久性病害、伸縮縫（féng）以及支座位移等，針（zhēn）對這些病害可以增設裂縫（féng）監測、支座位移以及伸（shēn）縮縫位移等（děng）監測參數。

  監測參數的（de）選擇

    針對本項目的特點，在橋梁健康監測係（xì）統方案設計時應考慮目前橋梁健康監測係統存在的問題才能架構比較實用的橋梁健康監測係統。

（1）橋梁健康監測參數如何選（xuǎn）擇（zé）？

   橋梁結構健康監測係（xì）統參數的選擇對於係統至關重要，監測（cè）參數分為靜態參數（shù）和動態參數。根（gēn）據監測參（cān）數分析的需（xū）求首先（xiān）要清楚某一監測參數的類型（xíng），否則需要實（shí）時動態監（jiān）測的參（cān）數選擇靜態的設備則難以滿足要求。

（2）監測數據如（rú）何分析？

   監（jiān）測參數的數據分析也是（shì）健康監（jiān）測係統的重要內容，數據分析方法需要結合橋梁結構分析的需要（yào）來（lái）確定。如對於風（fēng）速的監測通（tōng）常需要得出風速（sù）的（de）大小和風向，有時需要分析風玫瑰圖。而對於橋梁（liáng）結構振動監測（cè）的數據可能需（xū）要分析橋梁結構的動力特性如振型、頻率、阻尼比等，通常采用模態分析的方法來（lái）實現。

（3）係統建設（shè）模式如何選擇？

  目前國內常用的橋梁健康監測係統建設的模式多采用建設移交（jiāo）的方法，由於移交後管（guǎn）理部門由於缺少專業人員（yuán）對係統進行維護，係（xì）統建成幾年（nián）後往往陷於癱瘓，這也是係統受人（rén）詬病的主要原因。橋梁健康監（jiān）測係統的建設後期的（de）維護也至關重要，因此筆者建議係（xì）統可以采用建設移交+運維（wéi）費的模式，係統建成後由承包方對係統進行長期維護，建設方支付運維費。采用這種（zhǒng）方式最大的優點是通（tōng）過承包方的專業技術服務能保證係統的運（yùn）營，在係統（tǒng）局部出現問題可以及（jí）時進行處理。

（4）橋梁健康如何評估？

   橋梁結構的健康評估是係統建設（shè）的主要目標，為橋梁結構（gòu）健康運營保駕護航。而國內健康監測係統安裝在橋梁結構健康評（píng）估（gū）方麵還存在一定的（de）功能不足。對於本項目而言（yán），橋（qiáo）梁結構形式比較簡（jiǎn）單、受力明確（què），可以通過（guò）安裝高精（jīng）度傳感（gǎn）器對關鍵參數進行（háng）監測，並對數據進（jìn）行深度挖掘，將監測數據同結構評估有機結合（hé）。

   橋梁結構健康監測參數（shù）類型主要（yào）包（bāo）括三類：

橋梁結構荷載監測項目包：風荷載（zǎi）監測、汽車荷載監測（cè）、溫度監測、地震（zhèn）荷（hé）載（zǎi）監測；

   橋梁結（jié）構響（xiǎng）應監測項目包括：振（zhèn）動（dòng）特性監測、應力應變監測、橋（qiáo）梁撓（náo）度監測、伸縮縫和支（zhī）座位移監測、拉索索力或吊杆內力監測；

    其他監測（cè）項目包括：混凝土耐（nài）久性監測、防撞擊監測、視頻監測、環境溫濕（shī）度監測。

   根據以上監測參數（shù）類型（xíng）結合（hé）橋梁結構的特點，建議監測的參數如下：

係統監測主要傳感器選擇（zé）

1、動撓度的（de）監（jiān）測

    動撓度監測是橋梁結（jié）構監測的重要（yào）參數（shù），目前常用有靜力水準、GPS、橋（qiáo）梁撓度儀和毫米波雷達等（děng），各自優缺點及適用範圍見下圖：

   根據以（yǐ）上對比，對於中（zhōng）小跨徑橋梁建議采用毫米波雷達進行監（jiān）測，其安裝見下圖：

2、動應變的監測

     動（dòng）應變（biàn）監測是（shì）橋梁結構應變進行監測，從而對結構應力（lì）進（jìn）行分析，目前常用有振（zhèn）弦式應變計、光纖光柵應變計等。

    根據項目特點對（duì）於複雜結構采用光纖光柵應變（biàn）計監測，常規結構可（kě）不（bú）監測此參數。振弦式應變計很難對結構動應變進行監測，其測試原理是巡采方式。

3、車輛荷載（zǎi）監測

    車輛（liàng）荷載監測（cè）采用動態稱重係統WIM來實現，對車輛總重、軸重、車速、車間距等進行統計分析。

4、支座位移監測

  支（zhī）座監測為提高精（jīng）度采（cǎi）用LVDT位移計進行監測，通過底座將設備（bèi）固定在梁底或橋梁墩台上。

5、伸縮縫位移監（jiān）測

伸縮縫位移監測采用拉繩式位移計進行監測。

6、裂縫（féng）監（jiān）測

   裂縫監測為提高精度（dù）采用（yòng）LVDT裂縫計進行監測，其安裝方式同LVDT相（xiàng）同，通過底座將設備固定在梁體裂縫位置處。

7、橋梁限高監測

橋梁限高采用限高監測采用紅外對射的監測設備，包括一個發射端和一（yī）個接收端對限高（gāo）進行監測。同時配合視頻監測設備，當車（chē）輛（liàng）超過限高設（shè）定值（zhí）時觸發視頻（pín）采集（jí）係統對車輛信息進行抓拍（pāi）。

8、墩台基礎沉降

  墩台基礎沉降監測采用高精（jīng）度靜力水準進行監測，以固定的基準點作為參考點對（duì）各測點進行監測，精度可以達到0.2mm。

9、索力監測

索力監測采用振動傳感器（qì）進行監測，配備動態集設備進行監（jiān）測。

係統總體架構

1、橋（qiáo）梁健康監測係統組成

橋梁健康監測（cè）係統（tǒng）的組成（chéng）通常包括：傳感器子係統、數據采集與傳輸子係統、數據的管理與處理子係統、結（jié）構（gòu）健康評估子係統（tǒng），見下（xià）圖。

2、項目總體係統架構

   根據本項（xiàng）目需求，本係統在架構時考慮以下特點：架構為獨立的監測係統；各橋梁為（wéi）分（fèn）布（bù）式子係統；數據傳輸采用4G網絡；預留接口與（yǔ）原監控平台對接（jiē）；係（xì）統（tǒng）框架圖僅動（dòng）態監測模（mó）塊；與橋梁係信息管理係統融合。係統總體框架見下圖：

3、本項目健康（kāng）監測（cè）係統的特點

（1）與橋梁數字化管理係統的融合

   將橋梁（liáng）數字化管理信息（xī）係統同健康監測係統有機的結合，體現人工檢測與監測數據的融合。

（2）監測參數的實時顯示與挖掘（jué）

 監測數據能夠在監測係統中進（jìn）行實時顯（xiǎn）示，並能對監測（cè）數據進行統計分（fèn）析、設定閾（yù）值用於結構（gòu）異常狀態（tài）的預警。對於不能直接用於結（jié）構分析的數據進行抽取、關聯分析等提取可以用於結構評估的評估參數。監測參數與評估參數的關（guān）係：如橋梁動撓度為監測參數，對於梁（liáng）板結構可以提取（qǔ）用於評估參數：鉸縫工作性能（橫向分布係數或（huò）兩片粱間撓度相關係數）、撓（náo）度影響線、撓度值等可以作為評估參數對橋梁工作性能進行全麵的評價（jià）。

                       監測數（shù）據的關聯性（xìng）分析

（3）監測參數與橋梁承載能能力（lì）評（píng）估結合（hé）

 本項目采用毫米（mǐ）波雷達對動撓度進行監測，這一關鍵參數監測一直是行業的難題。結（jié）合實際監測（cè）數據（jù）提取橋梁結構的撓度影響線對橋梁承載能力（lì）進行評估，這樣可以形成（chéng）一套完整的監測和承載（zǎi）能力評估的技術。

（4）將（jiāng）巡檢、定檢及監測係統的結合（hé）

 目前健康監測係統與橋梁日（rì）常巡檢、定期檢測、特殊（shū）檢測均建立為獨立的係統，給橋梁管理人員帶來極大（dà）的不便。本係統建設將健康監測係統與巡（xún）檢、定檢以及特殊檢測（cè）進行（háng）有機的數據（jù）融合。建立（lì）的包頭市政橋梁健康管理係統，主要包括：係統（tǒng）展示模塊、橋梁檔（dàng）案模塊、橋梁日常巡檢模塊、橋（qiáo）梁定期檢測模（mó）塊、橋梁動態（tài）監測模塊、橋梁特殊檢測模塊、數據（jù）統計分析模塊、橋梁結（jié）構（gòu）健康評估模塊等。