四位一體的橋梁安全與健康監測系統技術方案

本發明專利技術公開了一種四位一體的橋梁安全與健康監測系統，包括施工監控系統、荷載試驗系統、巡檢養護系統、健康監測系統四個部分，本發明專利技術的技術方案能夠做到硬件和軟件資源共享，四位一體橋梁安全與健康監測系統通過硬件界面與銜接和主體工程及交通工程聯系起來，利用施工監控、荷載試驗、健康監測、巡檢養護的全過程信息，可建立基準模型、進行模型修正和損傷識別；利用健康監測與巡檢養護結果，可進行狀態評估，是一個自動與人工、整體與局部、定性與定量、客觀與主觀、模糊與明確的監測與評估系統。適用于橋梁工程領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于橋梁工程領域，涉及一種四位一體的橋梁安全與健康監測系統，尤其涉及一種針對大型復雜橋梁的四位一體的橋梁安全與健康監測系統。
技術介紹
橋梁工程投資規模大，服役期長，由于質量缺陷、荷載效應、環境侵蝕、材料老化、自然災害和人為災害等不利因素的耦合作用將不可避免地導致結構的損傷累積、抗力衰減和功能退化，從而使橋梁的安全性、適用性與耐久性下降，造成頻繁養護維修，極端情況下可能引發災難性事故。 為確保大型橋梁建造與運營全過程的可靠性，加強橋梁健康狀況的監測和評估，實施全壽命周期的主動監控與養護管理，受到橋梁工作者與全社會的廣泛關注。橋梁施工監控、荷載試驗、巡檢養護、健康監測是常采用的4大技術措施。橋梁施工監控是指在施工過程中對大橋“施工一量測一識別一預測一調整一預告—施工”的循環過程，以保障大橋的施工安全，并使得最終成橋內力和線形盡可能與設計理想狀態。橋梁荷載試驗是指在橋梁結構施工完成交付運營前，或在橋梁使用過程中，進行成橋靜動載荷試驗，測試大橋在標準最不利活載下結構的響應，評定結構的工作狀況和承載能力，以驗證橋梁結構是否滿足設計要求，是否可交付使用或是否可繼續使用。橋梁健康監測是指在運營過程中對大橋的作用源(輸入)和作用響應(輸出)進行監測，以評價大橋的適用性、安全性和耐久性，制定主動、預防性的養護措施，是橋梁檢測的發展方向。巡檢養護是傳統的橋梁檢測方法，通過人工目測和人工無損檢測技術，實現對橋梁技術狀況評定，制定養護措施。施工監控、荷載試驗、巡檢養護、健康監測分別為橋梁建造和運營期內不同階段的工作內容，具有不同的結構狀態。在設計、實施、維護等過程中，由于缺乏統一規劃，大多現有的各個系統以獨立的方式進行運作，缺乏全盤考慮，具有如下缺點(I)健康監測系統部分儀器設備與施工監控、荷載試驗、巡檢養護重復設置，部分儀器在主體工程完工后不便或不能安裝，不能事先考慮與交通工程、主體工程的銜接，造成破壞與浪費。(2)健康監測系統只能監測結構在使用階段的各種響應，而對結構影響巨大的恒載效應及施工過程信息已經丟失，海量的健康監測數據稱為“信息孤島”。(3)由于軟件、硬件，數據采集、管理，識別、評估的不統一，造成健康監測系統很難與巡檢養護管理系統實質性融合，也不能有效整合施工監控、成橋荷載試驗信息，使得投入巨資的健康監測系統的實用性有限。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的以上缺陷，本專利技術提供一種四位一體的橋梁安全與健康監測系統，該系統將工程階段不同，服務目的不同的施工監控、荷載試驗、巡檢養護、健康監測四個系統進行實質性融合，實現四個系統的順序銜接、硬件資源和信息資源共享。建立一個全面、實用、先進的橋梁安全與健康監測系統，該系統從監測信息的完整性、信息的銜接與綜合利用、經濟性等方面均是最合理的。其技術方案為一種四位一體的橋梁安全與健康監測系統，其特征在于，包括施工監控系統、荷載試驗系統、巡檢養護系統、健康監測系統四個部分I、施工監控系統在設計施工監控系統的傳感器和數據采集系統時，其選型、位置和數量應盡量兼顧健康監測系統的需要。部分傳感器和數據 采集系統可共用，但也應注意到兩者對硬件要求的會有所不同。健康監測系統的部分儀器也必須在施工階段預埋、預留。橋梁施工監控中的各個關鍵靜力工況，通過實測或參數識別，獲得結構實際參數，建立一個包含內力、線形誤差在內的、更能真實反映橋梁實際狀態的分析模型。該模型為建立橋梁健康監測系統的初始基準有限元模型提供了重要參考。2、荷載試驗系統除作為通車前最后一道全面檢測工序外，還強調荷載試驗的參數識別、模型建立與修正和建立初始基準狀態等功能，為后期健康監測系統提供關鍵依據。荷載試驗也可以利用健康監測系統來獲取部分測試結果，故現場工作量很小；也可以根據荷載試驗獨立的測試系統結果校準健康監測系統。3、巡檢養護系統健康監測系統與巡檢養護系統結合，能夠有效地掌握橋梁結構的健康狀態。這個綜合系統按照下面的策略進行建立(I)狀態的改變通過力學監測系統來獲取基本信息。(2)損傷檢測主要通過人工目視巡檢與損傷傳感器直接檢測。結合方案(I)健康監測系統的主要監測整體性參數，而巡檢養護系統主要獲取局部、外觀和材料參數，兩者各取所長。(2)健康監測系統的有限元模型更新可以充分利用人工巡檢的材料參數、局部缺陷等結果。(3)人工巡檢結果可以縮小健康監測系統損傷識別的區域，指出損傷識別的重點范圍；而健康監測系統損傷識別結果也是人工巡檢的重點關注區域。(4)兩者的實質融合可以各自發揮所長，建立一個自動與人工、整體與局部、定性與定量、客觀與主觀、模糊與準確的綜合評估系統。4、健康監測系統健康監測系統必須能夠實時獲取數據，進行結構損傷識別和狀態評估，觸發預警信號，為橋梁養護管理提供決策依據。四位一體的橋梁安全與健康監測系統信息融合流程按以下步驟進行⑴以設計狀態為基準建立基準有限元模型，并按施工監控、荷載試驗信息進行修正。但應注意，我國施工監控沒有規范標準，交竣工驗收試驗對動力試驗的質量沒有要求，必須對施工監控和動力試驗提出明確要求，方能滿足健康監測對基準有限元模型修正的要求。(2)橋梁結構的運營過程中，進行損傷識別時引入健康監測信息，并考慮巡檢養護信息和先驗病害數據庫，可大大降低模型修正的難度和提高效率。(3)由于結構的功能退化、結構損傷、結構內力重分布等因素，結構有限元模型是時變模型。當前階段模型是基于前一階段模型和當前階段損傷識別、內力識別結果。(4)內力識別結果可供安全評估使用。(5)以上(2)、(3)、(4)過程滾動進行。本專利技術的有益效果(I)本專利技術包括的4大系統部分硬件資源共享。(2)本專利技術所述監測系統對橋梁全壽命過程進行連續監測，避免“信息孤島”。(3)本專利技術的技術方案充分利用4大系統的全過程信息，進行傳感器優化布置、初始基準模型建立、模型修正、損傷識別、狀態評估等各個關鍵環節，為解決制約橋梁健康監測系統發展的關鍵問題提供可行途徑。附圖說明圖I為四位一體的橋梁安全與健康監測系統的總體構架結構圖；圖2為四位一體的橋梁安全與健康監測系統的連接布置圖；圖3為施工監控、荷載試驗與健康監測的硬件連接示意圖；圖4為巡檢養護與健康監測系統的數據傳輸示意圖；圖5為四位一體的橋梁安全與健康監測系統的信息融合流程圖。具體實施例方式本專利技術是一種橋梁安全與健康監測系統，能夠做到硬件和軟件資源共享，是一個自動與人工、整體與局部、定性與定量、客觀與主觀、模糊與明確的監測與評估系統。圖I為本系統總體框架，橋梁安全與健康監測系統通過硬件界面與銜接和主體工程及交通工程聯系起來，即四位一體的橋梁安全與健康監測系統是服務于主體工程和交通工程的，而主體工程和交通工程的監測要求反過來又決定了橋梁安全與健康監測系統各部分的實施方式。 四位一體的橋梁安全與健康監測系統設計時考慮主體工程，并提供開孔位置、開孔尺寸、預埋件的安裝方式圖等技術資料。健康監測和交通工程按照其管理功能進行必要的優化和整合原則上健康監測系統和交通工程系統各自獨立設計，然后進行兩大系統相同或相近內容的整合；環境監測各項內容中，溫度和風的指標最為關鍵，其各相關系統由健康監測負責；橋梁健康監測系統中的車速車軸儀與交通工程中的車輛稱重系統均具有稱重功能，但車軸車速儀不應完全代替車輛稱重本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
2012.01.12 CN 201210007753.61.一種四位一體的橋梁安全與健康監測系統，其特征在于，包括施工監控系統、荷載試驗系統、巡檢養護系統、健康監測系統四個部分 所述施工監控系統，橋梁施工監控中的各個關鍵靜力工況，通過實測或參數識別，獲得結構實際參數，建立一個包含內力、線形誤差在內的、反映橋梁實際狀態的分析模型； 所述荷載試驗系統，作為通車前最后一道全面檢測工序，其具有參數識別、模型建立與修正和建立初始基準狀態的功能； 所述巡檢養護系統，獲取局部、外觀和材料參數； 所述健康監測系統，實時獲取數據，進行結構損傷識別和狀態評估，觸發預警信號。2.根據權利要求I所述的四位一體的橋梁安全與健康監測系統，其特征在于，所述的施工監控系統，在設計健康監測傳感器系統時，傳感器的選型、數量和位置在滿足健康監測的前提下，兼顧施工監控的要求，部分傳感器共用，橋梁施工監控中，通過實測或參數識別，獲得結構實際參數，建立一個包含內力、線形誤差在內的、反映橋梁實際狀態的分析模型，施工監控成果作為橋梁全壽命期檔案過程的一部分，全部電子錄入系統數據庫中，便于橋梁服役期內隨時調用。3.根據權利要求I所述的四位一體的橋梁安全與健康監...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁鵬，吳向男，徐岳，王旭，李斌，郭立明，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：發明
國別省市：