大桥结构健康监测系统
桥梁监测方案
桥梁结构健康监测系统
光纤仪器监测子系统、振弦仪器监测子系统
设
计
方
案
北京基康科技有限公司 1 目 录
1、设计依据与目标 .............................................................. 3
2、结构健康监测设计 ............................................................ 3
2.1 主航道桥 ................................................................... 4
2.1.1 梁部的监测 ............................................................ 12
2.1.2 塔部监测 .............................................................. 12
2.1.3 阻尼器变形监测 ........................................................ 12
2.2 深水区105M连续梁 ......................................................... 12
2.2.1连续梁结构静力监测 .................................................... 18
2.2.2 温度监测 .............................................................. 18
2.2.3 连续梁不均匀沉降变形 .................................................. 19
2.3 各监测项目技术要求 ........................................................ 19
崇启大桥结构健康监测系统的设计和应用
Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ
崇启大桥结构健康监测系统的设计和应用
吴方生黄健华
（江苏省崇启大桥管理处。江苏南通２２６２００）
【摘要】本文详细介绍了崇启大桥结构健康监测系统的组成，
评述了结构健康监测系统确定的关键问题。运营期的监测数据袁明 了结构健康监测系统的有效性，为今后大型桥梁结构的健康监测提
供借鉴。 【关键词Ｊ大桥；结构；健康监测
桥梁经过长期使用难免会发生各种各样的结构损伤，损伤的原
因有地震、洪水等自然灾害，也有车辆超载、车祸、船舶撞击等人
为因素，以及腐蚀、氧化、风雨、振动等环境因素。随着大跨桥梁 设计的轻柔化以及结构形式与功能的日趋复杂化，为了把握桥梁结
构在运期间的承载能力、营运状态、安全性和耐久性，需要建立桥
梁结构健康监测系统 。桥梁结构健康监测系统是在桥梁内部关键
部位安装各种类型的传感器来对桥梁的整个使用寿命期间的结构健
康状况和性能进行监测的一种完整的在线实时监测系统。其基本内 涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为大桥在特殊气候交通条
件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁维护维修与
管理决策提供依据和指导。
１工程概况
上海崇明至江苏启东长江公路大桥（崇启大桥）全线采用双向
六车道高速公路标准建设，主桥为双幅１０２ｍ＋４×１８５ｍ＋１０２ｍ的六跨 钢连续梁桥，引桥为６０×５０ｍ节段梁拼装混凝土连续梁桥和２Ｏ×３０ｍ
现浇混凝土连续梁桥，其主桥联长和单跨跨径均为国内同类桥型第
一。为确保崇启大桥施工及营运期的安全性和耐久性，崇启大桥建 立了桥梁结构健康监测系统。
２系统构成
崇启大桥结构健康监测系统设计主要从三个方面考虑；结构安
全监测、运营期养护、验证桥梁结构设计，以主桥为主、兼顾５０ｍ
跨引桥，重点关注主桥风场特性、结构应变、振动、位移、钢结构
疲劳和引桥体外预应力束索力等。其健康监测系统包括以下四个部
分：①传感器子系统；②数据采集与传输子系统；③数据管理与控 制子系统；④结构健康预警与评估子系统。
济南黄河大桥健康监测系统
济南黄河大桥健康监测系统
宋晓辉，徐飞萍，李静
(山东高速公路股份公司济南黄河大桥管理处，山东济南250108)
摘要:济南黄河大桥健康监测系统的安装和运行，
能够收集反映桥梁受力状态的特性参数，使桥梁
管理部门及时掌握桥梁工作状态，为桥梁管理和
维护提供依据。对健康监测系统的监测项目.、结
构和实际应用进行了探讨。
关键词:斜拉桥养护;健康监测系统;济南黄河公
路大桥
中图分类号:U446.3文献标识码:A
引言
济南黄河公路大桥于1982年建成通车，是我国早期建成的大跨斜拉桥之一。主桥为5孔(40+94十
220+94+40m)连续的预应力混凝土双塔双索面斜拉桥。桥面总宽19.5m，其中车行道15m，两侧人行道各
2m。主梁为闭口双室箱梁，梁高2.75m，顶板厚
20cm，桥塔为A型(顺桥向)门式(横桥向)立体结构。
塔高68.4m，塔梁分离，塔墩固结。拉索采用扇形布
置，桥面索距8m，每一索面有11对斜拉索组和1组垂直索。经过二十多年的运营，大桥基本情况良好，但
是随着桥龄的增长，桥梁部分构件老化及功能退化等
情况也逐渐增加，在大桥运营期间也出现了一些不容
忽视的问题，为了确保大桥的安全，共进行过两次大规模维修，1995年10-12月对济南黄河公路大桥的
斜拉索全部进行更换，弥补了桥梁局部缺陷，2003年
5-10月对大桥进行了全面维修养护。主要包括:对南北索塔附近箱梁顶板有裂缝的部位用钢板补强，更
换主引桥伸缩缝、重新浇筑混凝土索座、增加斜拉索
减震阻尼、更新桥面铺装等，清除了桥梁的病害和隐
患，使退化了的桥梁功能得到了恢复或者比新建时有
所提高。
近年来随着交通运输事业的发展，济南黄河公路
大桥的交通流量与日俱增，其中重车及超载车辆占了
很大比例。面对日益增长的交通压力以及济南黄河
公路大桥在交通网络中的重要地位，仅靠人工手段对
收稿日期:2007-09-10作者简介:宋晓辉(1973-)，男，山东济南人，工程师。
一62一桥梁进行检查已无法满足桥梁的养护要求和有效地
桥梁健康监测系统的设计与研究
桥梁健康监测系统的设计与研究
近年来，随着我国经济的飞速发展，交通运输日渐繁忙，作为公路交通咽喉的桥梁的地位日益突出。桥梁设计理论的验证以及对桥梁结构和结构环境未知问题的调查与研究扩充了桥梁健康监测的内涵。对桥梁结构进行综合检测的最终目的是为了使桥梁管理人员对桥梁结构的当前状况有一个正确的认识。这就要求管理系统具有实时监测和智能化的自行评估的功能。本文首先论述了桥梁健康监测的相关概念，然后从桥梁工程发展的角度探讨桥梁监测系统设计的有关问题，以期为监测系统的开发提供借鉴。
标签：桥梁 健康监测系统 概述 设计
近20年来桥梁抗风、抗震领域的研究成果以及新材料新工艺的开发推动了大距度桥梁的发展；同时，随着人们对重要桥梁安全性、耐久性与正常使用功能的日渐关注，桥梁健康监测的研究与监测系统的开发应运而生。由于桥梁监测数据可以为验证结构分析模型、计算假定和设计方法提供反馈信息，并可用于深入研究大跨度桥梁结构及其环境中的未知或不确定性问题，因此，桥梁设计理论的验证以及对桥梁结构和结构环境未知问题的调查与研究扩充了桥梁健康监测的内涵。
1 桥梁健康监测概述
桥梁建成后，会受到气候、环境等自然因素而逐渐老化，加之交通量的增长，运输车辆的重量和外形尺寸的增大，加剧了现有桥梁的质量的退化，导致桥梁的实际承载能力的降低。因此，桥梁管理部门需要及时了解桥梁结构的安全性能，根据实际情况安排桥梁养护、维修、改建等工作，保证桥梁结构的安全使用，从而保证整个交通网络的畅通。
对桥梁结构进行综合检测的最终目的是为了使桥梁管理人员对桥梁结构的当前状况有一个正确的认识。这就要求管理系统具有实时监测和智能化的自行评估的功能。
现代材料技术的发展促使人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中，通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知、自分析计算、自推理的能力。具体说来，结构将能进行参数（如应变、位移、损伤、温度等）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算、处理能力，包括人工智能评估推理，以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力，简言之，即使结构具有自监测、自评估、自适应的类似生命体的智能功能。这种智能结构的概念是为了进一步解决评估结构强度、完整性、安全性及耐久性问题而提出的。对土木结构的性能进行监测及
中小跨径桥梁结构健康监测系统设计研究
2022NO.17建筑与土木
SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION中小跨径桥梁结构健康监测系统设计研究景亚彪(新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830017)摘要：中小跨径桥梁在交通网络中发挥着重要角色。由于中小跨径桥梁的数量大，工作效率低的人工检测方法不能满足这类桥梁健康监测的需要。目前，桥梁结构健康监测系统主要应用在重要的大型桥梁上。在外界自然环境和车辆荷载的共同作用下，中小跨径桥梁在长期的服役过程中健康状况不容乐观，因此有必要针对这类桥梁进行健康监测系统设计与研究，满足国家战略部署和社会经济发展的需要。关键词：中小跨径桥梁健康监测桥梁管养设计与研究中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)09(a)-0106-03桥梁结构是交通网络的重要组成部分，在国家战略方针、社会经济发展方面以及各地区文化交流中占据十分重要的地位。桥梁在长期的服役过程中，受到交通负荷、环境侵蚀、材料老化等因素的影响而导致桥梁结构损伤，由于桥梁结构损伤而引发的交通事故不胜枚举，这不仅使人们的生命财产无法得到保障，还衍生出恶劣的社会影响。人工检测是检测桥梁安全性的传统手段，具有主观性强、工作效率低、成本费高等众多缺点，不能满足数量巨大的桥梁结构安全检测的发展需要。我国在桥梁结构健康监测方面的研究相较于国外发达国家起步晚、发展难度大的劣势。桥梁健康监测系统经过30多年的研究和发展，满足了国内大部大跨度桥梁结构健康监测的需求[1]。中小跨径桥梁虽然在桥梁中占据着最大比例，但是其建造费和养护费低，中小跨径桥梁结构健康监测系统的研究与应用相对较少。陈宇哲[2]将应力（应变）作为基本的检测指标，实现了对空心板梁桥和T梁桥的安全预警目标。毛琳等研究者[3]设置应变和倾角的安全阈值，实现了对小箱梁和空心板梁桥安全状态的评估目标。程勋煜等研究者[4]开发了桥梁养护管理系统，提高了中小跨径桥梁监测数据的管理水平。杨志峰等研究者[5]利用挠度作为监测指标，进行了中小跨径健康监测系统的研究。中小跨径桥梁在保证交通网络正常运行方面发挥着重要作用。鉴于大跨度桥梁的健康监测系统不完全适用于建造费用相对低廉的中小跨径桥梁，并且中小跨径桥梁的健康监测系统的研究与设计不够完善，因此有必要针对中小跨径桥梁自身的结构特点量身设计一款结构健康监测系统。利用先进的桥梁结构荷载效应监测技术和健康监测数据的处理方法对中小跨径桥梁重要部位进行数据采集、数据处理和数据分析，进而评估中小跨径桥梁在服役期间的工作性能，确保中小跨径桥梁在运行期间的安全性。对中小跨径桥梁在服役期间出现的损伤及时进行定位，通过定性和定量分析中小跨径桥梁的损伤状况和损伤程度，为中小跨径桥梁的维修加固和交通事故的防治提供可靠的科学支撑。1中小跨径桥梁的健康状况交通事业建设的迫切需求促使我国在桥梁设计和建造方面的技术得到极大的提高。目前，我国已成为世界上桥梁数量第一的国家，与此同时，我国桥梁数量以较高的增长率继续增加，中小跨径桥梁始终占据最大比例。中小跨径桥梁在长期的服役过程中受到外界因素（自然环境、交通负荷等）和桥梁结构自身因素（结构老化、结构腐蚀等）的综合影响，既增加了中小跨径桥梁的健康状况出现问题的可能性，又降低了桥面车辆行驶的安全性，还缩短了中小跨径桥梁的使用年限。中小跨径桥梁在长期的服役过程中的健康状况不容乐观。由于桥梁设计、施工质量和养护条件等因素的限制，中小跨径桥梁出现了一系列的病害，例如铰缝破坏、铺装层开裂、支座变形与开裂、混凝土开裂和单板受力，这些中小跨径桥的典型病害降低了车辆在桥面行驶的安全性，使中小跨径的病害研究成为一种热点。闵兆兴研究者[6]分析了高速公路中小跨径桥梁典型病害特征。华东东研究者[7]对中小跨径混凝土桥梁病害DOI：10.16661/ki.1672-3791.2203-5042-3592
健康监测系统设计方案
天津市海河大桥结构健康监测系统
初步设计方案
天津市市政工程研究院
2009年3月1 / 10
天津市海河大桥结构健康监测系统初步设计方案
常困难 桥梁健康监测的必要性1
由于气候、环境等自然因素的作用和日益增加的交通流量及重车、超重车过桥数量的不断增的。为确保桥梁结构的结构安全、实施经济合理的维修计划、实现安全经济的运行及查明不可接年美1940加，大跨度桥梁结构随着桥龄的不断增长，结构的安全性和使用性能必然发生退化。自受的响应原因，建立大跨桥梁结构健康监测系统是非常必要的。通过健康监测发现桥梁早期的病悬索桥发生风毁事故以后，桥梁结构安全监测的重要性就引起人们的注意。但是受科技国Tacoma害，能大大节约桥梁的维修费用，避免出现因频繁大修而关闭交通所引起的重大经济损失。
水平的限制和人们对自然认识的局限性，早期的监测手段比较落后，在工程应用上一直没有得到桥梁健康监测就是通过对桥梁结构进行无损检测，实时监控结构的整体行为，对结构的损伤年代以来，在北美、欧洲和亚洲的一些国家和地区，相继发生了桥梁结构8020很好的发展。世纪位置和程度进行诊断，对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，为大桥在的突然性断裂事件，这些灾难性事故不仅引起了公众舆论的严重关注，也造成国家财产的严重损特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁的维修、养护与管理决年代中后期开始建立各种规模的桥梁健康监测系8020世纪失，威胁到人民生命安全。国外从策提供依据和指导。安装结构健康监测系统是提高桥梁的养护管理水平，保证桥梁安全运营的高桥上布设传感器，监测大桥运营Foyle统。例如，英国在总长522mM的三跨变高度连续钢箱梁桥效技术手段。
阶段在车辆与风荷载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，同时监测环境风和结构温度场。国特别值得一提的是，桥梁的健康监测和施工监控系统均是通过检测和监测手段，测试桥梁结1991mM的Flintshire独塔斜拉桥、日本主跨为外建立健康监测的典型桥梁还有英国主跨194mM构的内力、变形、环境和荷载，因此，它们在传感器系统、数据传输系统和数据采集系统都具有悬索桥、挪的南备赞濑户大桥、丹麦主跨1100m1624m的Great Belt East的明石海峡大桥和主跨很大的共享性和重复性。此外，两个阶段在时间顺序上具有衔接性，施工监控阶段的监测数据是斜拉桥以及加Skyway Bridge440m530m威主跨为的Skarnsunder斜拉桥、美国主跨为的Sunshine 健康监测阶段的基础。为了节约资源、降低工程造价，应充分发挥两个系统的共享性，对上述两年代起也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模拿大的Confederatio 9020世纪Bridge桥。中国自个系统进行统筹规划和实施，即采取统一设计、统一施工和统一管理的方式，以实现海河大桥的和青马大桥、内地的虎门大桥、徐浦大桥，江阴的长期监测系统，如香港的
浅议桥梁结构健康监测系统
第３７卷第１７期 ・１８８． ２ ０ １ １年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＶｏＩ．３７ Ｎｏ．１７ Ｊｕｎ．２０１Ｉ
文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）１７—０１８８－０２
浅议桥梁结构健康监测系统
王兰 王明
摘要：对桥梁结构健康监测的传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统及桥梁健康评估系统进行了论
述，指出了目前国内外桥梁结构健康监测系统存在的差距，阐述了应用桥梁结构健康监测系统的意义，旨在保证桥梁运
营安全。 关键词：桥梁，健康监测，系统
中图分类号：Ｕ４４６ 文献标识码：Ａ
尽管（截止到２００６年）我们国家现有桥梁已经达到了５Ｏ万 余座，但是有些地方的桥梁管理者对现有桥梁的管理仍然是“被
动式”的，也就是当桥梁发生安全事故的时候才对桥梁进行维护
（检测和加固）。这种被动式的管理不可避免的会带来桥梁安全
事故的频繁发生，如近几年的重庆彩虹桥、宜宾小南门桥、苏州堰
月桥以及辽宁盘锦的田庄台桥等塌桥事故。随着桥梁管理理念
的发展和桥梁检测、健康监测以及评估方法的进步，使得变“被动
式”的桥梁管理为“主动式”桥梁安全管理成为可能。
“主动式”的桥梁管理核心是建立桥梁维护管理制度，定期对 桥梁进行检测（对重大桥梁安装桥梁结构健康监测系统，对其进
行“实时检测”），及时了解桥梁的安全状况，并采取相应的修理措
施，避免安全事故的发生。
１ 桥梁结构健康监测系统基本框架
一个较为完整的桥梁结构健康监测系统一般包括以下四个
子系统：传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统
和桥梁健康评估系统。
１．１ 传感器系统
一般桥梁结构健康监测系统选用的传感器包括两大类：一类
是监测桥梁荷载（系统输入）的传感器，一类是监测桥梁结构反应
（系统输出）的传感器。 监测桥梁荷载的传感器包括以下几种：温度计、风速仪、空气
温湿度计和汽车动态称重系统等；监测桥梁结构响应的传感器包
桥梁健康监测系统方案
桥梁健康监测系统方案
《桥梁健康监测系统方案》
桥梁，那可是连接两地的大功臣，就像一个默默奉献的巨人，横跨在江河湖海或者山谷之间。但是呢，这巨人要是生病了可不得了，所以咱们得给它搞个健康监测系统。
咱先来说说为啥我会这么关注桥梁健康监测这事儿呢。有一次啊，我去一个小镇旅游。那个小镇有一座古老的石桥，横跨在一条清澈的小河上。这座石桥看起来很有历史感，桥身的石头都被岁月打磨得有些光滑了。我走在桥上的时候，就感觉像是在和历史对话。可当我仔细观察的时候，发现桥的栏杆有些地方已经破损了，而且桥面上也有一些裂缝，虽然不太大，但也让我心里“咯噔”了一下。当时我就想啊，如果能有个系统随时监测这座桥的健康状况就好了。
那这个桥梁健康监测系统方案到底该咋整呢？
首先啊，传感器是必不可少的。就像给桥梁这个巨人请了一群小护士，让它们时刻关注着桥梁的各个部位。比如说，在桥的关键结构部位，像桥墩啊、桥拱啊这些地方安装应变传感器。这应变传感器就像是小护士手里的体温计，可以精确地测量出这个部位受到的压力或者拉力有没有异常。我想象着这些传感器就像一个个小眼睛，紧紧地盯着桥梁的身体，一旦有什么风吹草动，就立马发出信号。
然后呢，还有加速度传感器。这东西也很重要哦。你想啊，要是桥梁在震动方面有啥不正常的，就像人要是突然开始莫名其妙地颤抖，那肯定是身体出问题了。加速度传感器就能察觉到这种震动的异常。比如说，如果有一辆超重的大卡车快速通过桥梁，加速度传感器就能检测到桥梁的震动是不是超出了正常范围。这就好比是在监测巨人的心跳，要是心跳突然乱了节奏，那就得赶紧检查检查了。
除了这些传感器，数据采集系统也不能少。这就像是一个专门收集小护士们报告的秘书。传感器检测到的数据都要通过数据采集系统收集起来。这个采集系统得稳定可靠，可不能在关键时刻掉链子。我觉得这个采集系统就像一个超级大的文件柜，把从各个传感器传来的信息都整整齐齐地放好，以备后续的查看和分析。
桥梁健康监测系统方案 2
桥梁健康监测系统方案
2010年9月
北京凯源泰迪科技发展有限公司
Beijing Countertide Technology&Development Co., Ltd.
桥梁健康监测系统
北京凯源泰迪科技发展有限公司 第2页 共17页
目 录
一、北京凯源泰迪科技发展有限公司简介 ...................... 3
二、桥梁健康状态实时监测的意义和必要性 .................... 4
三、传统桥梁检测方法 ...................................... 6
四、基于光纤光栅传感技术的桥梁监测系统 .................... 7
五、桥梁监测内容及系统构成 ................................ 9
5.1 桥梁结构健康监测与安全评价系统构成 ............................................................. 9
5.2 桥梁光纤监测设备应用一览表 ............................................................................ 10
六、桥梁监测相关产品 ..................................... 11
6.1 桥梁结构应力（应变）监测 ................................................................................. 11
6.1.1 CTTD-S100自温补表面光纤光栅应变计 ......................................................................... 11
结构健康监测--珍岛大桥
Memsic Case Study Imote2结构健康监测 在美国，仅民用基础设施的投资大约为20万亿美元，在大多数工业化国家中，民用基础设施的投入占GDP的8%-15%之间；近几年，基础设施如桥梁，高速公路和建筑物等的老化也引起了美国国内许多人的关注。然而对建筑物的实时连续监测技术的实现有助于降低维护和检修成本，保证公众的安全。 桥梁在公路网络建设中，占用了建设资金的很大一部分，同时也是整个公路系统的安全和功能方面的关键因素。桥梁信息管理系统需要在保证桥梁安全的同时为市民提供及时的交通信息。传统依赖于人工的监测只能偶尔为之，耗费大量金钱，而且并不那么可靠。近年来，人们极大地关注发展结构健康监测战略，以增强安全和主要目标可靠性，减少维护和检查费用。 伊利诺伊结构健康监测项目（ISHMP），以伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）为基地，正在努力开发一种廉价，可靠的持续监测系统，该监测系统使用密集的无线传感器网络阵列。研究人员设计，开发，生产和测试了传感器用来采集结构健康监测所需的高保真数据，另外还有应用于智能传感器平台可定制的软件框架。 传感器和软件系统可以为广大的土木工程师所用，而不需要额外的计算机知识。 Memsic的Imote2无线传感器节点引起了研究人员的注意，他们认为这是唯一可以满足结构健康监测高数据吞吐要求的商用无线传感器平台。Imote2强大的处理器和板载的大内存使其脱颖而出，可以实现动态结构健康监测的高采样率。此外Imote2配备了低功耗的X-Scale处理器（PXA271），拥有256KB的RAM，32MB的SDRAM，和32MB的flash。 结构健康监测传感器板（ISM400）专门为结构健康监测设计并授权给Memsic生产并商业化。该传感器板提供用户可设置的采样率和滤波器，除了提供低频(DC-20Hz)的滤波，其中的抗混叠滤波功能可以为建筑物损伤监测的高频（高达500Hz）监测提供分析。传感器板通过SPI和I2C接口与Imote2连接，配备有振动测量的3轴加速度计，一个通用模拟输入，和数字的温湿度，光照传感器。温度传感器可以对加速度数据作一定的补偿。SHM-A传感器板提供了前所未有的新技术，应用Imote2平台结构建康监测。 ISM400 Board