桥梁健康监测系统方案

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.

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)

6.1.2 CTTD-S200高分辨率表面安装式光纤光栅应变计 (11)

6.1.3 CTTD-S400埋入式光纤光栅应变传感器 (12)

6.2 温度分布监测 (12)

6.2.1 CTTD-T400表面式光纤光栅温度传感器 (12)

6.2.2 CTTD-T100埋入式光纤光栅温度传感器 (12)

6.3 索力监测 (13)

6.4 位移监测 (14)

6.5 地下水位监测 (14)

6.6 振动监测 (14)

6.7 光纤传感数据采集设备 (15)

6.7.1 CTTD-A01-16光纤传感分析仪 (15)

6.7.2 CTTD-A02光纤传感分析仪 (17)

一、北京凯源泰迪科技发展有限公司简介

北京凯源泰迪科技发展有限公司总部位于北京市西城区，技术依托中国科学院微系统所传感技术国家重点实验室及中国科学院力学所，主要从事自主科技的光电器件、光电设备的研发、生产及销售，拥有光纤光栅传感和光纤DTS分布式传感和光纤MEMS传感三大类别的全系列产品线和核心技术，并围绕公司核心产品，为客户提供系统级解决方案。

光纤光栅传感产品线主要包括CTTD-A01大容量光纤传感分析仪、CTTD-A02系列高速光纤传感分析仪、CTTD-T系列光纤光栅温度传感器、CTTD-S系列光纤光栅应变传感器、CTTD-P系列水位/压力传感器、CTTD-D系列位移传感器。

光纤DTS分布式传感产品线主要包括CTTD-A01D-R系列分布式光纤测温仪和CTTD-A01D-B系列分布式光纤应力测试仪。

光纤MEMS传感产品线主要包括CTTD--MA系列加速度传感器、单点式光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤可调谐激光器等。

公司拥有光纤光栅照射线、光纤传感分析仪和分布式DTS光纤测温仪组装线、光纤MEMS工艺线及光纤传感产品组装测试线。

公司拥有计量级应变标定系统（疲劳实验机+激光测距装置，应变标定精度1µε），计量级温度标定系统（精密恒温槽+二等标准铂电阻温度计，温度表定精度0.01℃），产品可靠性测试系统（高精度温控箱+高低温加湿度环境实验箱，可提供-60℃～+200℃范围内的温度循环测试及可变湿度测试），为产品测量精度和长期可靠性提供了技术保障。

公司相关产品已广泛应用于国家基础设施和工业设备的安全监测和生产测量，以及国防装备的光电检测与控制，涉及桥梁、大坝、隧道、建筑等土木工程结构安全监测和高压输变电设备（电力开关柜、电缆接头、变压器、互感器等）在线温度监测以及工业消防（电缆沟、

隧道、油罐、建筑等火灾自动报警）等多个应用领域。

二、桥梁健康状态实时监测的意义和必要性

众所周知，桥梁跨越山谷、道路、河流或其它障碍物，是一种架空于水面或地面的人造通道，其可靠性和安全性尤为重要。由于桥梁事故的破坏性巨大，不仅会造成交通中断，影响国民经济发展，还会带来巨大的经济损失和人员伤亡，将造成非常不好的社会政治影响。例如：1989年10月17日，美国Cypress Freeway在1989年旧金山7.1级的地震中倒塌，造成42人死亡。1994年10月21日，韩国首尔Songsu大桥中间段在早上上班高峰时期断开，坠入汉江，导致31人死亡。1994年10月2日，中国广东省一家娱乐公园的一座浮桥的栏杆断裂，导致桥上游客全部坠毁，33人在事故中丧生。1995年1月17日，日本神户发生灾难性的里氏7.3级地震，造成了严重人员伤亡和财产损失，其中一座四车道悬空高速公路断裂，将道上汽车甩落地面，导致18人死亡。1995年10月8日，阿尔及利亚拉格瓦特省一个小镇大雨之后一座桥坍塌，导致50人左右丧生。1999年1月4日，中国重庆綦江县彩虹桥发生了坍塌事件，造成至少40人死亡。2001年3月4日，葡萄牙北部的

Hintze-Ribeiro大桥坍塌，一辆汽车落水，导致多达59人死亡。2002年5月27日，美国俄克拉荷马州的一座大桥被驳船撞击后断裂，数辆车坠入阿肯色河，至少14人死亡。2003年8月28日，印度达曼西部沿海区域一座大桥坍塌并坠入泥河，一辆校车及多辆轿车被卷入湍流，至少25人死亡，其中包括23名儿童。2006年12月2日，印度比哈尔邦帕戈尔布尔火车站附近一座150年的旧桥在被拆毁的过程中坍塌，地面一列火车被压，导致33人死亡。2007年3月20日，几内亚盖凯杜省一座大桥坍塌，地面一辆满载乘客和货物的卡车被压，导致至少65人死亡。2007年6月15日，中国广东佛山发生一起运沙船撞击桥墩事件，造成大桥南岸200米桥面坍塌，多辆汽车坠河，10人死亡。所有这些灾难的发生，都使整个世界为之震惊，从而引起了人们对桥梁的健康的极大关注。鉴于桥梁的特殊性与复杂性，国际上开展了相关的对策研究。在桥梁设计方面，设置先进、可靠的综合健康状态实时监测系统，对出现的安全隐患能够快速反应，能够达到从探测、报警、联动控制直至消除安全隐患

的全方位一体化要求，实现对桥梁关键部位的温度、应变（应力）、振动（加速度）、缝隙变化、地下水位变化、索力变化等各项参数的综合实时监测，并根据监测数据由监测系统判断桥梁的健康状况。这样，桥梁养护工作人员可以实时真实地了解到桥梁的安全状态，为桥梁上的各种活动提供可靠有效的参考依据，进而通过提供所需要的早期危险报警和损伤评估来保证桥梁的安全，从而大大增强桥梁的生存能力。

2006年2月9日，国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》确定了11个国民经济和社会发展的重点领域，并从中选择了68项优先主题进行重点安排。其中，在“公共安全”重点领域中，其发展思路中明确提出了：1）加强对突发公共事件快速反应和应急处置的技术支持。以信息、智能化技术应用为先导，发展国家公共安全多功能、一体化应急保障技术,形成科学预测、有效防控与高效应急的公共安全技术体系。2）提高早期发现与防范能力。重点研究桥梁、煤矿等生产事故、突发社会安全事件和自然灾害、核安全及生物安全等的监测、预警、预防技术。并确立了“重大安全事故的预警与救援”的优先主题。此外，在“信息产业及现代服务业”重点领域中，其发展思路中明确指出了：1)以应用需求为导向,重视和加强集成创新,开发支撑和带动现代服务业发展的技术和关键产品,促进传统产业的改造和技术升级。2)以发展高可信网络为重点,开发网络信息安全技术及相关产品,建立信息安全技术保障体系,具备防范各种信息安全突发事件的技术能力。并确立了“传感网络及智能信息处理”的优先主题。由此可见，国家对桥梁等大型公共设施的安全状况监测、预警技术的开发非常重视。

综上所述，建立一个以桥梁结构为平台，应用现代传感、通信和网络技术，优化组合结构监测、环境监测、交通监测、设备监测、综合报警、信息网络分析处理和桥梁养护管理各功能子系统为一体的综合监测系统是非常必要的，也具有非常重要的意义。

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大 桥 监控与评估 研究与发展 设计验证 正常运营监控

结构状态识别

可靠性评估 图1 建立大桥结构健康监测系统的意义