主题访谈 | 项目案例：灞河桥自动化监测技术的运用

2019-8-5 11:19

收藏分享邀请

编前语近年来，随着公路交通流量的急剧增加，重载车辆增多，桥梁结构随时都有可能发生事故。而事故原因可能是多方面的，但是事故现场是永远无法真实还原的。为了保证桥梁的可靠性，大多数桥梁都通过桥梁检测技术进行 ...

编前语

近年来，随着公路交通流量的急剧增加，重载车辆增多，桥梁结构随时都有可能发生事故。而事故原因可能是多方面的，但是事故现场是永远无法真实还原的。为了保证桥梁的可靠性，大多数桥梁都通过桥梁检测技术进行桥梁技术状况的评定。

灞河桥项目

灞河入渭口特大桥（灞河桥）于2012年10月30日启动开建，大桥横跨灞河东西两岸，全长1.32公里，建成后，可从沣渭新区、经开区沿渭河南岸的堤顶道路，直通浐灞生态区和国际港务区。

灞河桥建成后随着运营时间的推移，大桥各构件将面临各种损伤及内力状态的改变，相应桥梁的刚度和承载能力就会出现不同程度的衰减，这些损伤和内力状态的改变如果能够被预先警告获知，并且及时进行适当的调整、维护、维修，就不会危及桥梁结构的运营安全，否则在长期疲劳下，多种因素耦合作用可能导致灾难性事故。

现有的桥梁检测技术是通过定期检查的模式，结合桥梁荷载试验等项目对桥梁的技术状况进行的评定，对于大桥来说，定期检查及荷载试验的费用是较高的，而其评定结果只对当时的桥梁状况负责。也就是说，当定期检查或者荷载试验结束后，桥梁发生的技术状况改变是无法判断的。况且，桥梁定期检查及桥梁荷载试验只是短时的检测技术，其实施具有间隔性。

为更好的做好桥梁的监管、养护工作，随时了解桥梁结构的安全使用情况，及时对桥梁的结构使用安全进行评估，顺应行业发展趋势。我们选择了具有针对性、及时性和高效性的自动化监测方案。

相比于桥梁检查及荷载试验技术，自动化监测技术具有以下特点：

（1）能够实时的、不间断的对桥梁状况进行监测，保证在任何时间、任何时刻都能感知、查询桥梁的结构受力情况、交通量、环境气候状况；

（2）实施分级预警机制，各预警级别对应的安全等级各有不同，而且系统还能够自动识别预警部位，预警的构件等信息，桥梁管理者可根据自身情况，依据不同的预警级别及预警部件提前采取针对性措施，如小修、中修、限制流量、限制荷载、封闭交通等，确保桥梁的安全运行，避免事故的发生；

（3）能够自动发送报警信息给桥梁管理者，发送方式为手机短信、电脑弹出提示框，使桥梁管理者能够在任何时间或地点接收桥梁的预警信息；

（4）对监测数据进行储存及处理，通过专业人员对监测数据进行分析，预测桥梁状态的变化趋势，提出合理的养护时机及养护对策，为管理者制定养护决策提供实际依据；

（5）监测数据还可以为桥梁设计单位提供实际数据，为设计者改进设计方式提供数据基础；

（6）所有数据均可溯源；

（7）可以同时对桥梁的不同桥跨进行监测，监测范围比荷载试验要大得多。

据了解，由北京安信卓越有限公司自主研发的“知物云”监测平台经过3年多的市场推广和项目应用，已经和2000多家用户单位达成合作，接入600多个实际项目，兼容700多家设备，在线传感器3万多支，数据几亿条。平台的稳定性和安全性已经得到业内同行的广泛认可。因此在软件部分我们选择了“知物云”监测平台

在硬件部分我们选择了专业传感器，对桥梁的挠度变形、振动响应、应力变化、裂缝变化、倾斜程度以及环境影响等数据进行实时感知，运用无线网络将传感器感知到的桥梁状态数据传输至服务器上，通过知物云软件对数据进行分析和预警，让管理者可以随时了解和查看桥梁的安全运行状况，为桥梁管理者提供科学的、实时的决策依据，使桥梁安全等级处于实时可控的状态。

监测内容

根据桥梁结构的特点，考虑桥梁的重要程度、工作环境等，在进行健康监测时，以下各监测内容是非常重要的：

（1）结构变形监测：包括梁体和拱肋变形，梁体挠度等；

（2）结构应力（应变）监测：桥梁和拱肋重要部位静态的应力（应变）测试；

（3）吊杆拉力监测：主跨吊杆拉力监测（已预埋）；

（4）结构振动特性与振动水平：包括振动特性的测试与分析；

（5）伸缩缝/裂缝监测：桥梁裂缝变化；

（6）环境监测：监测大桥所处环境的温湿度、风速风向等

具体监测因素

挠度：通过对桥梁挠度的监测，可以从整体上把握桥梁健康和安全状态。梁体挠度采用光纤光栅静力水准系统，进行连续监测；也可根据人工设置时间段进行采集。测点布置在每跨四分点和跨中位置，基点布置在一侧桥头

拱肋位移：通过对拱肋顶点三维空间位置的变化进行监测，了解拱肋的位移情况和结构的稳定性，使受力分析更合理等，也可验证桥梁设计及施工工艺是否合理。拱肋位移监测采用GPS进行监测，对于GPS，通过对GPS接收机控制下达命令，实现对某一时刻卫星数据的接收，可进行实时桥塔位移监测，也可根据需求设置指定时间段进行采集，一般设置为2小时，可根据实际情况调整。

应力：桥梁结构的应力监测是通过对应变监测间接实现，主要监测桥梁结构关键截面的受力情况，以了解结构的长期或瞬态的受力情况。桥体作为主要承力结构，受力是非常重要的，必须加强应变的监测。用光纤光栅表面应变计通过粘贴方式将传感器固定在结构表面。测点布置在每跨的四分点及跨中，以及拱肋的4分点。桥梁每个断面布置4个测点，拱肋每断面布置2个测点，一跨测点布置在内侧拱肋上，一跨布置在外拱肋上。

振动：桥梁动力特性参数（频率、振型和阻尼等）和振动水平（振动强度和幅值）是桥梁整体安全的标志，桥梁材料强度的退化会引起结构振动特性的改变。测点布置在每跨的四分点，每个断面布置1个测点，共4个测点

裂缝：裂缝有部分会影响结构强度，同时可能会加快结构强度降低的速度。共有必要对裂缝进行监测，尤其是超过规范要求的裂缝等。测点根据项目现场实际情况确定，选取桥头一侧伸缩缝处作为测点。

温度：桥梁结构所处的气候环境，对桥梁结构工作状况有很大的影响，需要对桥梁工作环境进行监测。测点布置在与振动或应变等监测断面位置的桥梁两跨中间。

风速风向：成桥后风荷载是桥梁结构的主要动力荷载之一。在风荷载作用下，桥梁的主要构梁将产生振动，引起疲劳损伤累积，导致桥梁抗力衰减。通过监测风速、风向，统计最大风速值，可以得出结构的风与结构响应关系，了解桥梁受风动力荷载的情况。根据灞河桥结构特点，风速风向仪布置在拱肋顶部。

结论

灞河桥自动化监测技术的运用，合理配置桥梁养护维修资源，为降低桥梁运营维护成本提供科学技术依据，保证桥梁检查维修策略制订具有针对性、及时性和高效性；为科学研究提供数据支撑。通过对桥梁的监测，获取结构应变的原始数据，为相关的科学研究提供相关数据和分析服务；验证桥梁的设计建造理论与方法，以及施工工艺，从而完善相关设计施工技术规程，提高桥梁设计及加固方法的设计水平和安全可靠度，保障桥梁的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景。