大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究(1)

　第39卷第2期土　木　工　程　学　报Vol 139No 12

　2006年2月CH I N A C I V I L E NGI N EER I N G JOURNAL Jan 12006

大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究

李　惠1

　周文松1

　欧进萍1

　杨永顺

2

(1.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150090;2.山东省交通厅公路局,山东济南250002)

摘要:首先分析研究了桥梁健康监测系统的各个子系统的功能、特点、实现方法与硬软件系统,研究了完成桥梁健康

监测任务对各个子系统协同工作的要求。提出了以Lab W indows/Lab V I E W 为桥梁健康监测系统的核心软件,由它“指挥”、调用和驱动各个子系统的运行和数据的交互与通讯;以数据管理子系统的数据库作为桥梁健康监测系统的中心数据库,它不仅存储桥梁结构及其监测数据的全部信息,同时所有的数据交互均通过该数据库完成。建议采用B r ower/Server 系统模式将桥梁结构健康监测的各子系统相互结合,建立基于网络平台的开放式的实时在线智能健康监测系统。最后,为一座实际的三塔斜拉桥集成了一套健康监测系统。关键词:大跨桥梁;健康监测;系统集成;网络平台;智能中图分类号:U44517　U447 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2006)022*******

A study on system i n tegra ti on techn i que of i n telli gen t

m on itor i n g system s for soundness of long 2span br i dges

L i Hui 1

　Zhou W ensong 1

　O u J inping 1

　Yang Yongshun

2

(1.Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150090,China

2.H ighway Bureau of Trans portati on Office,Shandong Pr ovincial,J inan 250002,China )

Abstract:This paper analyzed all the subsyste m s in their functi ons,characteristics,i m p le mentati ons,and their hard ware and s oft w are .A study was made on the require ment of concerted app licati on of these subsyste m s for the s oundness monit oring of l ong 2s pan bridges .

It was suggested that Lab W indows/Lab V I E W is t o be used as the main

syste m t o contr ol the running of the subsyste m s and the interchanging of infor mati on a mong the m.The database of a data menage ment syste m is used as the central database,which st ores not only the infor mati on of the bridge structure,but als o the monit oring inf or mati on .

It was suggested t o use B r ower/Server syste m t o connect all the subsyste m s,and an

open,real ti m e and online s oundness monit oring syste m based on the net w ork p latfor m can be f or med .Finally,a s oundness monit oring syste m f or a three 2t o wer cable 2stayed bridge was cited as an exa mp le .

Keywords:l ong 2s pan bridge;s oundness monit oring syste m;syste m integrati on;net w ork p latf or m;intelligence E 2ma il:lihui@hit 1edu 1cn

基金项目:国家自然科学基金(50410133)、国家杰出青年科学基金

(50525823)

作者简介:李惠,教授收稿日期:2004206225

引 言

桥梁结构造价昂贵,投资规模大,运行或使用期长,在其长达几十年、甚至上百年的服役期间,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减,从而抵抗自然灾害、甚

至正常环境作用的能力下降,极端情况下可能引发灾

难性的突发事故

[1]

。健康监测系统可以较全面地把

握桥梁结构建造与服役全过程的受力与损伤演化规律,是保障大型桥梁的建造和服役安全的有效手段之一。结构健康监测系统研究已经成为航空航天、国防、复合材料、土木工程等领域的热点研究方向。各国均在新建的和已服役的重要工程结构上增设健康监测系统

[2-3]

。美国20世纪80年代中后期开始在多座

桥梁上布设监测传感器,监测环境荷载、结构振动和局部应力状态,用以验证设计假定、监视施工质量和实时评定服役安全状态。例如,佛罗里达州的Sunshine Sky way B ridge 桥上安装了500多个传感器。

美国仅1995年,就投资1144亿美元,在90座大坝上配备了安全监测设备。香港青马大桥安装了500个加速度传感器、粘贴了大量的应变片并安装了一套GPS系统,用以长期监测桥梁服役安全性。原中海石油渤海公司为了确保海洋平台的服役安全,对海冰条件和平台状态进行了长达10余年的监测,在此基础上,欧进萍等初步实现了渤海JZ20-2MUQ平台结构的实时监测与安全评定,并进一步研究了远程网络监测的技术[4-5]。

大型桥梁结构健康监测系统与传统检测方法的差别在于系统的实时性、自动化、集成化和网络化。健康监测系统包括传感器子系统,数据采集与处理及传输子系统,损伤识别、模型修正、安全评定、可靠度预测和安全预警子系统,数据管理子系统。上述各子系统分别在不同的硬件上和软件环境下运行,分别承担健康监测系统的不同功能,它们之间协同工作,完成和实现健康监测系统对重大工程结构健康与安全的诊断与预警功能。健康监测系统的集成技术就是在一个公共的环境下,对各个子系统进行统一的控制和管理,使不同功能的子系统在物理上、逻辑上、功能上进行联动和协同工作,实现数据信息、资源和任务共享。系统的集成程度决定了健康监测系统的智能化程度。

目前健康监测系统研究的热点课题主要为智能传感器和损伤识别方法,在桥梁上已经安装的监测系统以离线监测系统居多,即监测系统主要由传感器和数据采集子系统组成,通过传感器和数据采集子系统采集桥梁结构的荷载和反应,然后离线进行桥梁的损伤识别、模型修正和安全评定以及数据存储。而实时在线的健康监测系统目前应用较少。

本文对在线桥梁结构健康监测系统的组成、结构和功能等进行了深入分析,进一步分析了桥梁健康监测系统的各个子系统的功能、特点、实现方法与硬软件系统,研究了完成桥梁健康监测任务对各个子系统协同工作的要求;提出了以Lab W indows/Lab V I E W为桥梁健康监测系统的核心软件,由它“指挥”、调用和驱动各个子系统的运行和数据的交互与通讯;以数据管理子系统的数据库作为桥梁健康监测系统的中心数据库,它不仅存储桥梁结构及其监测数据的全部信息,同时所有的数据交互均通过该数据库完成;建议采用B r ower/Server系统模式将桥梁结构健康监测的各子系统相互结合,建立基于网络平台的开放式的实时在线智能健康监测系统;此外,桥梁结构健康监测系统的运行会积累大量的数据,本文对如何有效地分析健康监测系统获得的海量数据,揭示桥梁结构的作用、响应与性能,进行了分析。

最后,在已经布设的传感器子系统、已经开发的数据采集子系统、已经编制的损伤识别与模型修正及安全评定软件[6]的基础上,为山东滨州黄河公路大桥(三塔斜拉桥)集成了一套健康监测系统。

1　系统集成方案分析

111　桥梁结构智能健康监测系统及其功能分析桥梁健康监测系统包括智能传感器子系统,数据采集与处理及传输子系统,损伤识别与模型修正和安全评定子系统,数据管理子系统。

其中传感器子系统为硬件系统,功能为感知桥梁结构的荷载和效应信息,并以电、光、声、热等物理量形式输出,该子系统是健康监测系统最前端和最基础的子系统。

数据采集与处理及传输子系统包括硬件和软件两部分,硬件系统包括数据传输电缆/光缆、数模转换(A/D)卡等;软件系统将数字信号以一定方式存储在计算机中。数据采集通用软件平台有VC++、Lab W indows或LabV I E W等。采集的数据经预处理后存储在数据管理子系统中,数据采集子系统是联系传感器子系统与数据管理子系统的桥梁。

损伤识别、模型修正和安全评定子系统由损伤识别软件、模型修正软件和结构安全评定软件组成。在该系统中,一般首先运行损伤识别软件,一旦识别桥梁发生损伤,即运行模型修正软件和安全评定软件。损伤识别软件通常由计算分析软件平台开发,如MAT LAB等;模型修正和安全评定软件一般是结构分析软件,如ANSYS和桥梁结构分析设计专门软件等。损伤识别是在桥梁结构反应信息基础上进行的,桥梁结构反应信息由数据采集子系统采集后存储在数据管理子系统中,因此,损伤识别软件运行时,首先能够从数据管理子系统中自动读取桥梁反应信息数据。桥梁损伤识别和模型修正以及安全评定的结果将作为桥梁历史档案数据存储在数据管理子系统中,因此,损伤识别和模型修正以及安全评定的结果将能够自动存入数据管理子系统中。

数据管理子系统核心为数据库系统,数据库管理桥梁建造信息、几何信息、监测信息和分析结果等全部数据,它是桥梁健康监测系统的核心,承担着健康监测系统的数据管理功能。

健康监测系统各子系统之间的关系和流程如图1所示。

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第39卷　第2期 李　惠等?大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究

图1　健康监测系统各子系统之间的关系与流程

F i g11　R e l a ti o n sh i p be t w ee n the sub sys tem s o f a struc tu ra l he a lth m o n it o ri ng sys tem

112　健康监测系统集成方案分析

从上述分析中可以看出,桥梁健康监测系统由多个子系统组成,每个子系统承担着不同的功能,由不同的硬件和软件实现。健康监测系统的集成是指将系统内不同功能的子系统在物理上、逻辑上、功能上连接在一起,以实现信息综合和资源共享,提高系统维护和管理的自动化水平及协调运行能力。系统集成的原则为:模块化、开放性、可扩充性、可靠性、容错性和易操作性。系统集成的目标为:(1)对系统中的各子系统进行统一控制和管理,并提供用户界面,使系统在用户界面上方便地进行操作。(2)采用开放的数据结构,共享信息资源。系统集成提供一个开放的平台,建立统一的数据库,使各子系统可以自由选择所需数据,充分发挥各子系统的功能,提高系统的运行效率。

由于健康监测系统的集成主要是通过软件系统实现健康监测系统软硬件的接口,因此,系统集成的问题即具体为在某一通用软件平台上的各功能软硬件之间的接口和调用问题,这一通用软件平台称为系统集成的“核心软件”。此外,健康监测系统的监测信息与分析结果均需要存入数据管理子系统的数据库中,所有子系统均从数据库中读取和调用数据,因此,将数据库称为健康监测系统的“数据中心”。

其次,由于健康监测系统是多用户的,无论是现场的技术人员,还是桥梁维护的管理者和决策者,都需要时刻了解桥梁各方面状况,因此系统必须设置客户端以满足这方面的功能需要,所以系统集成涉及到另外一个重要的问题就是系统的体系结构(即系统模式)的选择。通常系统模式有以下几种:

(1)主机/终端模式。

(2)C/S模式,即Client/Server模式。

(3)B/S模式,即B r ower/Server模式。

上述三种模式中,前两种由于资源浪费、仅限于局域网使用、系统管理和维护任务重等原因不适合用于健康监测系统。而B/S模式是基于I nternet技术发展起来的一种新的应用模式,客户机可以通过局域网或I nternet得到所需内容,将系统的用户接口界面从局域网延伸到I nternet。系统管理维护时,不必更新所有的客户端软件,只需修改服务器端软件就可以进行系统的升级。综上所述,桥梁结构智能健康监测系统集成模式应选择基于网络平台的B/S模式。

2　系统集成方案的软件实现

211　中心数据库方案

桥梁健康监测系统的特点为:监测信息连续变化、数据显示与安全评定的实时性要求高、数据量大,并且要求所有传感器的历史数据都完整保存以供相关人员离线分析。因此,整个系统中心数据库应由高性能的数据库系统构成,记录并管理桥梁结构服役状态的监测数据和历史档案。

中心数据库承担着记录和管理桥梁结构全系统信息和全寿命过程数据的作用,是桥梁健康监测系统的核心。它需要满足如下的功能:

(1)能有组织地、动态地存储大量关联数据,并供多个用户访问,实现数据的充分共享、交叉访问以及与应用程序的高度独立性,起到将现场采集网络与上层管理信息系统网络连接的作用。

(2)快速存储动态变化的实时数据,数据库中的所有实时数据都要随监测对象的状态变化而不断刷新,它作为整个监测系统的核心部分必须在线运行,而且使数据与分析结果能够实时显示。

(3)实现各功能模块之间的数据传递、数据交换和数据共享。

(4)中心数据库需要与I nternet结合,使远程用户可以通过WWW浏览器对数据库中的数据进行查询和浏览。

桥梁结构健康监测系统的中心数据库一般包括以下子数据库:

(1)桥梁结构信息数据库,主要存储桥梁结构的设计资料,如桥梁结构的CAD设计图纸等。

(2)结构外部荷载数据库,主要记录风荷载、

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温度荷载、湿度、车辆荷载等的时程信息。

(3)结构局部性态变量与整体性态变量数据库,主要记录梁、索、塔的应变、加速度、位移等信息。

(4)结构模型数据库,主要存储基于成桥试验的健康分析模型和基于模型修正的损伤桥梁结构分析模型。

(5)传感器信息数据库,主要记录传感器在桥梁结构上的安装位置信息、传感器性能指标信息及传感器与结构构件之间的对应关系。

(6)结构动力性能数据库,主要记录结构振型、频率、阻尼等动力学参数的健康值、理论计算值和损伤值等。

(7)结构安全评定分析结果数据库,主要记录实时在线及离线的各种安全评定结果,以及专家评价结果等信息,该数据库一般可以与桥梁养护管理系统数据库进行接口和数据共享。目前,将桥梁结构的施工监控、成桥试验、健康安全监测与养护管理系统集成为桥梁建设与管理综合安全系统是桥梁安全监测的趋势,因此,在中心数据库中,本文还增加了两个子数据库。

(8)施工监控数据库,主要记录施工监控过程的全部信息。

(9)成桥试验数据库,主要记录成桥试验的加载工况、试验与分析结果等。

基于上述分析,并结合计算机科学领域的最新研究成果,大型网络数据库S QL Server2000或O racle 等可作为桥梁健康监测系统的中心数据库。

212　各子系统及其软件方案

21211　数据采集子系统及其软件

数据采集子系统连接监测系统的硬件设备和软件系统,数据采集软件最基本的功能是能够实时采集和显示传感器信号,实时存储数据,并对数据采集硬件进行实时设置。由于监测系统实时性的要求,在采集的数据判断为异常数据时,它必须能触发其他模块工作,因此,还要求数据采集软件能够触发调用其他软件模块。

目前,数据采集软件开发平台有多种选择,数据采集软件编程方法已从原来的C语言、V isual Basic 和V isual C++向可视图形化编程语言发展。目前美国N I公司的LabV I E W和HP公司的VEE软件开发平台应用较广泛。其中VEE主要面向仪器控制;而Lab V I E W是一种图形化的软件开发环境,与传统编程语言有着相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具,以及具有层次化、模块化的编程特点。N I 公司的另一专业数据采集开发平台Lab W indows是一个用C语言构建数据采集系统的交互式软件开发环境,可以模块化方式对C语言进行编辑、编译、连接和调试,与LabV I E W相比,开发软件更加灵活,代码执行效率更高,适用于开发更复杂的数据采集系统,但是其开发过程对于非专业人员来讲稍复杂一些。目前,Lab W indows/LabV I E W已经成为数据采集、监测、分析等方面的领先开发平台。

鉴于Lab W indows/LabV I E W的上述特点,其可以作为数据采集软件的开发平台;同时由于其具备核心软件平台的特征,还可以将Lab W indows/LabV I E W作为系统的核心软件平台,调用其他子系统的分析软件。

21212　损伤识别、模型修正与结构安全评定子系统健康监测的大量数据最终的作用是为桥梁结构的运营和养护服务。对所有数据进行统计分析可得到用于进行桥梁结构分析的荷载和效应信息。荷载数据中,风荷载需长期观测,以期得到桥位处脉动阵风功率谱、不同高度处风荷载的空间相关性等数据,用于桥梁结构动力性能分析;同样,长期的温度和车辆荷载数据统计也可为桥梁结构提供相应的荷载信息。在荷载效应数据中,对加速度传感器测试的数据进行分析,获得该桥结构的多阶模态频率、斜拉索的索力以及结构振动响应;对光纤光栅传感器的测试数据进行分析,获得该桥结构的受力状态;不仅如此,桥梁的应变、加速度、变形等还可以与规范允许值实时比较,而且也可以作为损伤识别、模型修正以及结构安全评定等的必要信息加以应用。

目前已经发展了多种损伤识别方法,如频响函数法、曲率模态法等,均为首先对桥梁结构的振动响应信号进行模态分析,然后得到不同损伤识别方法的损伤指标。损伤识别软件可以采用科学计算软件MAT LAB进行开发,损伤识别所需要的数据从数据库中调用,损伤识别的结果将存入中心数据库中。

模型修正可分为基于整体性态信号的模型修正和基于局部性态的模型修正,两者所需要的结构整体动力响应结果和结构局部应力应变测试结果可从数据库中获取。通过整体和局部修正后的有限元模型的计算结果与桥梁的实测结果之间的误差最小。模型修正可采用结构分析软件,如ANSYS,配合MAT LAB实现。修正的健康模型和损伤模型将存入数据库中。

桥梁的安全评定分为正常使用状态安全评定和极限承载力状态安全评定。正常使用极限状态一般以桥梁的变形(与桥梁线形比较)和振动加速度(影响行车与人的舒适度)、桥面应力(与桥面开裂控制应力比较)等作为指标。极限承载力状态安全评定分

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为基于构件的安全评定、桥梁整体安全评定和可靠度预测三个方面,基于构件安全评定方法主要是比较监测所得的桥梁应力、变形、加速度、桥梁性能及其衰减速率等指标与桥梁结构设计规范规定的变量允许值的大小,确定构件的安全性;桥梁整体安全评定和结构可靠度预测等需要结构分析软件完成,而结构分析软件可以采用ANSYS或专门桥梁结构分析软件。

桥梁结构安全评定与模型修正直接关联,一般不必由核心软件平台Lab W indows/Lab V I E W调用数据库的结果,但损伤识别和模型修正软件的驱动运行需要Lab W indows/Lab V I E W指挥完成。

采用ANSYS进行桥梁结构有限元模型修正和安全评定的方法为:首先将ANSYS标准化命令流分解为模型流、加载流和求解流三部分;在得到损伤单元信息后,可将该单元的ANSYS模型重新定义,并写入健康模型流中,使得健康模型流被修正为损伤模型流;建立损伤桥梁的有限元模型后,就可以进行桥梁结构的受力分析和安全评定。

213　软件集成技术

软件集成主要包括两个方面的内容,一是指各子系统软件之间的接口、调用及合理的触发机制,二是指各软件同数据库之间的接口、通讯。

正如前述,健康监测系统的核心软件为Lab W indows/Lab V I E W,其他的软件有计算分析软件MAT LAB、结构分析软件(ANSYS或专门的桥梁结构分析软件)和数据库系统软件,所有软件的运行和调用需要通过Lab W indows/Lab V I E W来完成。其中Lab V I E W可以采用三种方法对MAT LAB进行调用,一种方法是Lab V I E W使用ActiveX技术来调用MAT LAB脚本程序;另一种方法是采用MAT LAB节点,将MAT LAB代码直接输入到Lab V I E W中运行;第三种方法是先将MAT LAB程序编译为标准的动态链接库(DLL),然后通过Lab V I E W提供的调用库函数节点实现动态链接库函数的调用,这种方法效率较高,适合大型的MABLAB分析程序。另外, Lab W indows也可以通过将MAT LAB语句转换为C语句或调用DLL的方式调用MAT LAB。通过以上两种方法,即可实现现场数据的实时在线分析。调用MAT LAB的触发机制可以采用设定阈值进行触发,当某种类型传感器信号值与事先设定的阈值比较后如果前者达到或超越后者为真,即调用MAT LAB进行模态和损伤识别分析。

Lab W indo ws/Lab V I E W可以调用系统中任何路径的可执行文件,采用该种方法即可实现对ANSYS的调用。这种情况下ANSYS的分析方法为采用批处理式分析方法执行命令流文件,并且可将指定单元构件的某项力学指标直接写入文本文件中,供其他程序调用查询或存入数据库中。

Lab W indows/LabV I E W与数据库之间可采用三种方式通讯,使数据采集软件在动态显示数据的同时,在程序后台实时将数据全部存入系统数据库。第一种方式为使用Lab W indows/Lab V I E W的工具包Database Connectivity Toolkit;第二种方式为利用Lab W indows/ LabV I E W的ActiveX功能,调用M icr os oft ADO控件,利用S QL语言访问数据库;第三种方式为采用第三方数据库访问工具包LabS QL。上述三种方式都可以将所有数据实时存入中心数据库中。

MAT LAB与数据库之间的通讯可采用MAT LAB 的Database Toolbox工具箱。模态和损伤识别分析程序可以从数据库中读取相应原始数据,并将分析结果直接存入数据库中供查询调用。

健康监测系统的软件接口和通讯流程如图2所示

。

图2　桥梁健康监测系统软件接口与通讯流程

F i g12　So ft w a re i n te rface and comm un i ca ti o n fl o w o f

struc tu ra l hea lth m o n it o ri ng system s f o r b ri dge s

214　基于网络的集成技术

基于网络的健康监测系统集成是指通过I nternet 对健康监测系统现场的全部或部分模块、信息进行设置、查询等操作。在桥梁健康监测系统中,有以下四方面的内容可以实现远程网络管理:

(1)传感器信息显示及其硬件设置

由于数据采集系统由Lab W indows/LabV I E W开发,因此,传感器信息显示及其硬件设置可由Lab W indows/LabV I E W的网络功能实现。基于TCP/I P 协议,Lab V I E W应用程序开发平台提供了三种网络通讯方法,保证了上述远程管理的可行性:1)T CP 和UDP编程;2)DataSocket通讯;3)Re mote Panels 技术。上述三种技术中,第一种编程较为复杂,第三种不适于大量数据的远程传输,只能用于少量传感器的监测系统,第二种DataSocket通讯方式可以保证网上的实时高速数据交换,可用于布设有大量传感器的监测系统。而Lab W indows/CV I在网络通讯和数据交

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换方面提供了四个相关函数库。上述方式保证了技术人员可以随时了解现场的监测系统运行情况和系统参数的实时变化,并可及时调整现场传感器的运行参数,保证最大限度发挥传感器的性能。

(2)中心数据库的数据查询大型网络数据库配合其前端开发工具,可方便地访问、操作W eb 型数据库。常用技术或语言有ASP 、PHP 等,最终可实现网络数据库中所有指定信息的浏览、查询、打印等功能。

(3)专家网络安全评价系统考虑到目前准确进行桥梁结构的损伤识别和健康安全评定还有一定的难度,因此可以在桥梁健康监测系统中设置基于网络的专家网络健康安全评定模块。该模块的功能是将桥梁的部分数据在网络上共享,由国际同行采用各自的损伤识别、模型修正和安全评定方法对桥梁安全进行评定,并将分析结果提供给该桥的管理、养护部门;管理、养护部门也可以指定专家组通过网络下载数据,对桥梁的安全状况进行会诊。

(4)与其他异构数据库的接口

由于系统中心数据库为大型通用的网络数据库,因此,健康监测系统与其他数据管理系统或应用程序之间的接口即为中心数据库与其他数据管理系统或应用程序之间的接口。由于数据库系统S QL Server 2000或O racle 均为符合S QL 语言标准的关系型数据库管理系统,因此可以通过各种类型的应用程序和所有使用S QL 或ODBC 的软件查看、

分析和报告数据库中

图3　集成系统

F i g.3　The i n te g ra te d s truc tu ra l hea lth m o n it o ri ng system

图4　滨州黄河公路大桥健康监测系统界面

F i g 14　U se r i n te rface o f the s truc tu ra l he a lth m o n it o ri ng sys tem f o r the B i nzho u Ye ll o w R i ve r H i ghw ay B ri dge

的实时、历史和其他数据。

全部集成系统如图3所示。

3　工程实例

国道205线山东滨州黄河公路大桥是一座三塔四跨斜拉桥,是国道205线跨越黄河的一座大型桥梁。该桥主桥为三塔斜拉桥,全长768(2×42+300+300+2×42)m ,桥面宽3218m ,索塔为双柱式。滨

州黄河公路大桥是目前黄河上惟一的三塔斜拉桥,也是目前全国第三大三塔斜拉桥。为了把握该桥运营期间的服役状态,山东省交通厅公路局决定在该桥上安装运营健康监测系统。哈尔滨工业大学欧进萍教授承担了“山东滨州黄河公路大桥运营智能健康监测系统”的研究与实施工作。

该桥的智能健康监测系统集成工作采用了上述系统集成原则和技术,成功开发了基于网络的具有远程管理功能的智能健康监测系统。系统集成的具体方案为:

(1)考虑滨州桥的实际情况,采用大型网络数

据库系统S QL Server 2000作为系统的核心数据库,记录桥梁特征、荷载、效应等所有信息。

(2)健康监测系统中的模态识别方法采用基于环境激励的I T D 方法,桥梁结构损伤识别采用应变模态法,分析程序采用MAT LAB 编制,结构分析程序采用ANSYS 有限元软件包,模型修正方法采用基于有限元模型的模型修正法。

(3)系统集成核心软件为N I 公司的LabV I E W 开发平台,主要用于进行传感器信号的采集,并将所有信息输入数据库中。同时通过阈值触发调用MAT LAB 进行数据处理和分析,调用ANSYS 进行结构分析。

(4)结构安全评定采用整体安全评定与局部构

件安全评定相结合,现场实时安全评定与远程专家安全评定相结合的方法。

(5)基于I nternet 远程健康监测系统的查询分析

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15?第39卷　第2期 李　惠等?大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究

模块采用基于ASP技术的JavaScri p t开发,传感器信号显示与数据采集硬件的远程设置模块采用Lab V I E W的Re mote Panels技术。图4为系统部分界面图。

4　结 论

本文对大型桥梁结构健康监测系统的集成技术进行了研究分析,得到的主要结论有:

(1)桥梁健康监测系统应在统一的核心软件下运行,本文建议核心软件为Lab W indows/Lab V I E W,该软件能够自动调用和运行健康监测系统的所有子系统,并实现健康监测系统各子系统之间的接口和数据通讯。

(2)分析给出了各个子系统的软件实现,具体为数据采集子系统的软件采用VC++、Lab W indows/ Lab V I E W等;损伤识别一般采用通用科学计算软件开发,如MAT LAB;模型修正和安全评定的软件一般是结构分析软件,如ANSYS或桥梁结构分析专门软件;数据管理子系统采用S QL Server2000或O racle。上述软件均由Lab W indo ws/LabV I E W调用和驱动运行。

(3)数据管理子系统是健康监测系统的中心数据库,桥梁结构及其监测与分析结果信息全部存入数据库中,所有数据的通讯都由中心数据库提供。

(4)健康监测系统采用B r ower/Server模式,基于TCP/I P协议,Lab W indo ws/LabV iew分别可以实现远程数据传输,实现健康监测系统的远程管理。

参　考　文　献

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(上接第10页)

顶出现斜裂缝,情况十分复杂,主要是因为结构十四层平面转换为弧形平面突变收分的缘故,它可能与高振型影响有关,也可能与体型突变反应谱放大效应不足有关,还可能与振动台模拟失真有关。

振动台试验表明,加强转换层及其上下层竖向结构构件截面承载力和延性是必要的。

应该指出,振动台试验受功率限制,不能对模型施加满足相似关系要求的质量配重,因而不能充分体现结构自重对构件内力的影响,可导致模型的破坏形态和结构在地震作用下的实际破坏形态不完全相同[3];但是振动台试验能够清楚地表征地震作用下结构的薄弱部位和受力形态,不失为指导工程抗震设计的强有力工具。

5　结 语

通过以上试验研究、分析和计算可得出以下结论:

(1)钢筋混凝土斜撑转换结构应采用多控的原则进行设计,应考虑下弦楼盖梁板在轴向拉力作用下出现裂缝,引起下弦楼盖梁板刚度退化造成对整体转换结构的不利影响;应使下弦楼盖梁满足重力荷载下的裂缝和变形限制要求。

(2)为确保极为重要的斜撑转换结构在大震作用下可靠工作,有必要复核其在大震作用下的极限承载能力,斜撑及其上下层柱轴力为拉力或压力很小但弯矩很大时,则应该按偏拉、受弯构件对斜撑进行承载力设计,并采取有力措施加强延性。

(3)振动台试验验证了弹性反应谱大震复核的正确性和有效性,对工程设计具有现实指导意义。

参　考　文　献

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?土　木　工　程　学　报 2006年