实时监测桥梁寿命预测理论及应用(周建庭,杨建喜,梁宗保著)思维导图
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桥梁结构健康监测与损伤识别技术
桥梁结构健康安全监测与损伤识别技术Bridge Structural Health & Safety Monitoring and Damage Identification李乔单德山唐亮内容❖桥梁事故❖结构健康监测（SHM）的基本涵义❖SHM基本架构❖SHM系统设计❖SHM实例❖西南交通大学BSHM的解决方案❖SHM的发展趋势❖近年来，桥梁垮塌事故时有发生；❖桥毁人亡的灾难性安全事故，使人民生命财产蒙受巨大损失，也造成恶劣的社会影响；❖在GOOGLE中搜索“桥梁&事故”，有1,430,000项之多符合搜索结果；❖1999年1月4日，重庆市纂江县彩虹桥整体垮塌；死亡40余人❖2000年8月27日，台湾省高屏大桥突然拦腰断裂；导致17辆汽车坠落高屏溪，22人受伤。
❖2001年11月7日，四川宜宾小南门金沙江大桥两端先后发生断裂❖2004年6月10日，辽宁田庄台辽河大桥整跨断裂❖2006年12月09日，位于北京顺义城北潮白河支流减河上的悬索桥，在荷载试验时全桥坍塌❖2007年10月23日，包头市民族东路至丹(东)拉(萨)高速公路包头出口的高架桥发生倾斜坍塌。
美国：北京时间2007年8月2日7时10分)，美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座桥梁发生坍塌。
至少7人死亡，数十人受伤桥梁事故❖2009年6月29日凌晨2时34分左右，铁力市西大桥发生垮塌，至少有6辆货车坠入呼兰河，7人死亡。
❖垮塌的大桥建于1973年，1997年曾进行安全维修。
桥梁事故❖2009年7月15日1时33分，津晋高速公路港塘收费站800米外匝道桥坍塌，5辆载货车坠落，造成6人死亡，4人受伤。
❖上述桥梁垮塌实例均在正常运营过程中发生❖桥梁垮塌不仅国家造成了巨大的经济损失，而且给人们带来的恐惧的回忆，更给遇难者亲属带来难以磨灭的疤痕❖这不得不引起社会对这些事故的深思……❖桥梁作为客观存在有它特有的生命周期过程，它的“生老病死”如同人类一样，是客观自然规律。
桥梁
带来的误差。尤其是它还可以从未知随机激励的响应信号中得到 随机减量特征 ，因此该方法成为能依据在线信号对系统进行识别 的唯一方法。 2．3按对信号的处理方法分类 按对信号的处理方法分类可分为动力指纹法、小波包理论和神经 网络法 1)动力指纹法 这类方法的基本思想就是寻找与结构动力特性相关的动力指纹， 根据结构损伤前后的变化来判断结构状态。根据对动力测试信息 利用状态的不同可分为3类：①使用单一测试动力特征：如Hearn
件优化约束 ，不断的修正模型中的刚度和质量信息 ，从而得到 结构变化的信息 ，实现结构的损伤判别与定位 。模型修正法通 过不断的发展、实践和完善 ，形成了矩阵法、子矩阵修正法、 灵敏度法以及定宽带特征值反问题等方法 。大多数修正方法已 被数值模拟或模型试验结构所证实 ，但在不完整测试模态集、 测试自由度不足以及测量噪声比较高时 ，模型修正精度有待进 一步提高。 2. 2 指纹分析法 结构动力特性是结构本身所固有的 ,可以看作结构的“指纹”。 通过结构初始状态及以后不同时期的指纹的变化 ,来判断结构的
二、建筑结构损伤检测的基本步骤
从结构损伤检测与诊断的目的来看，传统的诊断方法大致可 以分为四个阶段： 1.确定是否存在损伤； 2.确定损伤位置； 3.确定损伤程度； 4.预测建筑结构的寿命。
三、建筑结构损伤检测的基本方法
1.结构进行损伤检测的方法按检测结构的范围分可以分为局部 检测方法与整体检测方法两种。局部检测方法是通过对结构 某个局部构件进行无损检测，判断是否有局部损伤发生及损 伤程度如何，进而判断该损伤对结构整体工作性能的影响如 何。整体检测方法是通过检测结构的整体特性来评价整个结 构的实际状态。现在国内外对结构进行损伤检测与诊断大多 先用整体检测方法确定一些可能的损伤部位,然后再结合局部 检测方法对这些部位的构件进行详细的具体的损伤检测,进而 确定结构的损伤情况。
大型桥梁变形监测完整PPT
桥梁墩台的变形一般指静态变形；桥面的挠度变形则是动态的变形。
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大型桥梁变形监测
二、桥梁变形观测的内容
（1）垂直位移观测 桥梁垂直位移观测主要用于发现桥梁墩台在垂直方向上的变化。
（2）水平位移观测 桥梁墩台的水平位移观测主要是观测墩台在水流作用下的稳定性；
（3）挠度观测
挠度观测包括静荷载挠度观测和动荷载挠度观测。
（1）建立垂直位移监测网
（对1于）曲水线平桥位梁移，监可测以基采点用测的前布定方设交相会对法、位导线移测时量法，。工作基点一般布设在桥台上或附近不远处。由于 测3 定特相殊对建位筑移物时变很，形工难监作测保基点证一般其布稳设在定桥性台上，或附所近以不远要处定。 期测定工作基点的位移，以改正观测点测
桥梁垂直位移观测主要用于发现桥梁墩台在垂直方向上的变化。
而定。一般大型桥梁应按一等水准测量施测，它能满足变形观测精度1mm的要 求。
第四页
大型桥梁变形监测
测点观测包括引桥观测点观测和水中桥墩观测点的观测，由于引 桥观测点是在岸上，其施测方法可参照工作基点的施测方法进行。
对水中桥墩观测点观测的线路方案从一个墩到另一个墩的观测， 可以采用跨河水准测量，但这样做工作量较大，故改为跨墩水准测量。 即把仪器设站于一墩上，而观测后、前视两个相邻的桥墩，形成跨墩 水准测量。按跨墩水准测量施测时，考虑到其照准误差、大气折光误 差等急剧增加，因而对跨墩水准测量的作业，必须采取一定的措施来 提高观测精度。
桥梁垂直位移观定测主的要结用于果发现。桥梁墩台在垂直方向上的变化。
桥梁垂直位移观测主要用于发现桥梁墩台在垂直方向上的变化。
（ 桥1梁）墩建台立的垂水直平位（位移移2监）观测测网工主要作是基观测点墩台位在移水流测作量用下方的稳法定性； 边角网法；后方交会法；检核基准线法；GPS网法。
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大型桥梁变形监测
二、桥梁变形观测的内容
（1）垂直位移观测 桥梁垂直位移观测主要用于发现桥梁墩台在垂直方向上的变化。
（2）水平位移观测 桥梁墩台的水平位移观测主要是观测墩台在水流作用下的稳定性；
（3）挠度观测
挠度观测包括静荷载挠度观测和动荷载挠度观测。
（1）建立垂直位移监测网
（对1于）曲水线平桥位梁移，监可测以基采点用测的前布定方设交相会对法、位导线移测时量法，。工作基点一般布设在桥台上或附近不远处。由于 测3 定特相殊对建位筑移物时变很，形工难监作测保基点证一般其布稳设在定桥性台上，或附所近以不远要处定。 期测定工作基点的位移，以改正观测点测
桥梁垂直位移观测主要用于发现桥梁墩台在垂直方向上的变化。
而定。一般大型桥梁应按一等水准测量施测，它能满足变形观测精度1mm的要 求。
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大型桥梁变形监测
测点观测包括引桥观测点观测和水中桥墩观测点的观测，由于引 桥观测点是在岸上，其施测方法可参照工作基点的施测方法进行。
对水中桥墩观测点观测的线路方案从一个墩到另一个墩的观测， 可以采用跨河水准测量，但这样做工作量较大，故改为跨墩水准测量。 即把仪器设站于一墩上，而观测后、前视两个相邻的桥墩，形成跨墩 水准测量。按跨墩水准测量施测时，考虑到其照准误差、大气折光误 差等急剧增加，因而对跨墩水准测量的作业，必须采取一定的措施来 提高观测精度。
桥梁垂直位移观定测主的要结用于果发现。桥梁墩台在垂直方向上的变化。
桥梁垂直位移观测主要用于发现桥梁墩台在垂直方向上的变化。
（ 桥1梁）墩建台立的垂水直平位（位移移2监）观测测网工主要作是基观测点墩台位在移水流测作量用下方的稳法定性； 边角网法；后方交会法；检核基准线法；GPS网法。
[桥梁检测技术培训讲义789页PPT-PPT【可编辑全文】
分辨率：分米级
雷达波纹管注浆密实度检测
分辨率：厘米级
波纹管注浆质量的声波散射检测技术
分辨率：分米级
超声相控阵检测技术
分辨率：金属 mm级，混凝土cm级
混凝土结构高分辨相控阵成像
分辨率：cm级
三项混凝土桥梁检测新技术
• 1 混凝土桥梁BCT检测技术与应用； • 2 波纹管注浆质量检测技术与评价方法； • 3 成桥桩VSP成像检测技术；
1 将研究区看成是由波速不同的有限单元体组成的，用单元体的波速分布描述结构 的强度分布；
2 穿过研究区的声波的走时可表为波速的路径积分，多条射线走时方程组成方程组：
3 当各单元都有足够多的射线通过、射线满足全方位条件、射线总条数大于单元总 数时，可获得波速分布最优解，解是是唯一的；
混凝土的声波速度可以作为评价混凝土抗压强度与密实度的定量指标。混凝土的 波速与混凝土抗压强度有正相关关系，已有大量理论研究和测试对比数据和回归关系。 可用于在建桥梁的质量控制和运行桥梁的病害诊断，检测的分辨率可达分米级。可确
顶板
左腹板 底板CT剖面
横隔板B
右腹板
激发点
横隔板A
蒙自
底板
检波器点
新街
图中蓝点表示检波器，红点表示敲击点。 底板可以是拱形的。
底板CT系统布设示意图
箱梁腹板CT检测布置
顶板
左腹板CT剖面
底板
横隔板A 右腹板
检波器点
横隔板B
蒙自
左腹板
激发点
新街
左腹板CT系统布设示意图
图中蓝点表示检波器，红点表示敲击点。
桥梁检测6大无损检测技术
1 无损检测技术与内容：
桥梁CT(BCT) ---混凝土强度和密实度分布、结构缺陷； 地质雷达---塑料波纹管注浆密实性、钢筋、空洞位置； 声波散射---波纹管密实性、脱空区位置、大小； 声发射检测---载荷作用下桥梁结构微破裂的空间位置、扩展
桥梁工程知识点ppt课件
•净跨径l0； •总跨径：l=l1 + l2 + l3
•计算跨径；•桥下净空高度； •建筑高度；•标准跨径：
•净矢高；•计算矢高：•矢跨比；
梁式桥的纵向布置 拱式桥
•纵断面设计
确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、 桥道的标高、标上和桥头引道的纵坡 以及基础的埋置深度等。
(1)桥梁总跨径的确定 对于一般跨河桥梁，总跨径可参
(2)拱式桥：
承重结构：拱(拱圈或拱肋)； 受力特征：在竖直荷载作用下， 支座有竖直反力和水平反力(推力)；
桥跨结构受力： 与同跨径的梁相比， 拱的弯矩和变形较小， 以受压为主；
建筑材料用抗压能力强的圬工材料 (如砖、石、混疑土)和钢筋混凝土； 形式：三铰拱，两铰拱，无铰拱。
(3)刚架桥：
显著特点：是桥跨结构(梁或板)和 墩台连接成一整体；
③具有贴式防水层的水泥混凝土或 沥青混凝土铺装
贴式防水层铺装
在防水程度要求高，或在桥面板位 于结构受拉区而可能出现裂纹的桥梁上， 需做贴式防水层。该层设在低标号混凝 土排水三角垫层上面，再铺保护层。
装配式梁式桥，宜在接缝处的混凝土 铺装层内或保护层内设置一层(3~6)的 钢筋网。
(2)桥面纵横坡
常用泄水管的型式：
金 属
①金属泄水管：
泄
适用于具有贴式防
水 管
水层的铺装结构。
钢
②钢筋混凝土泄水管：
筋
适用于不设专门防
混 凝
水层而采用防水混凝土
土
泄
的铺装构造上。
水
管
3、桥面伸缩缝
(1)原因： (2)设置：两梁端间以及梁端与桥 台背墙间设置。 (3)作用：保证梁能自由变形；车 辆在设缝处能平顺地通过；防止雨水、 垃圾泥土等渗入而阻塞。
结构检测监测理论与技术第六章
土木工程结构的体积质量巨大、材料特性各异、边界条件复杂、 环境因素恶劣，使得传统方法在土木工程结构的应用中还受到 以下问题的限制: (1)观测噪声:仪器设备的精度、环境的干扰、人为的误差都不 可避免地会使观测数据受到噪声的“污染”; (2)建模误差:产生模型误差的原因主要是材料特性的离散、本 构关系的不准确、建造过程的不确定、边界条件的简化、分布 式结构系统的离散误差、非结构构件的不正确建模等; (3)观测数据不完备:土木工程结构通常体积巨大、型式复杂， 受现场条件和测试仪器的限制，一般只能在有限的观测点上得 到结构较低阶的模态参数; (4)局部损伤不敏感:损伤通常发生在结构的局部区域，只对反 映结构局部振动特性的高阶模态响应有较为显著的影响，而对 反映结构整体振动特性的、能够观测的低阶模态响应影响较小; (5)工作环境及运行荷载变化:即使处于正常状态的结构，也会 由于温度、湿度等环境条件的变化以及荷载等运行状态的变 化，造成观测数据在一个较宽的范围内变化。
实际测试条件下，只能获得结构的少数前几 阶频率和振型，因此直接利用频率或振型的变化 来进行小损伤情况下的识别是不可行的。模态振 型曲率法或模态应变能法需要布置足够多的传感 器才能保证精度，并且利用不同的模态有可能得 到不同的结果。柔度矩阵法不易反映结构局部损 伤信息。 基于已有成果，针对具体的结构形式和特 点，融合模态分析、动力学、现代信号分析技术 以及软计算等多学科理论，是结构损伤识别的发 展方向。
x 是沿直梁长度方向的坐标
曲率是位移的二阶导数，对应于每一阶位移模 态, 则必有其对应的固有曲率分布状态，这种与位 移模态相对应的固有曲率分布状态称之为曲率模态 振型。曲率模态振型不能直接测量，但在位移模态 振型测量的基础上，曲率模态振型则可通过中心差 分法近似计算得到。
淡丹辉-大型桥梁健康监测系统的实践与展望PPT课件
(b) 收缩徐变和预应力损失下连续梁桥的频率变化
主塔水平位移/m
0.003 0.002 0.001
0 -0.001 0 -0.002 -0.003
20
40
60
80 100 120 140 160 180
(d) 移动重车下主航道桥的几何变形
主塔高程/m
整体升温1℃
索梁温差1℃
(c) 单位温度作用下主塔不同位置的水平位移
2007-01-02 00:50:00
2007-01-02 01:35:00
2007-01-03 02:35:00
(a) 船撞前后模态频率的比较
Modal damping ratio
0.025 0.02
mode4 before mode4 after
0.015
0.01
0.005
0 0
2007-01-01 00:00:00 2007-01-02 01:35:00
案例二:2008年‘5-12汶川大地震’后上海东海大 桥的地震预警
东海大桥健康监测系统的运行实践
案例二:2008年‘5-12汶川大地震’后上海东海大桥的地 震动信号的快速分析和评估
东海大桥健康监测系统的运行实践
案例二:2008年‘5-12汶川大地震’后上海东海大桥的地 震动信号的快速分析和评估
➢ 结构疲劳分析 ➢ 局部开裂分析 ➢ 腐蚀分析 ➢ 材质劣化分析
➢ 正常使用条件下通行舒适度分析 （结构振动水平） ➢ 极端条件下的通行安全度分析 （风、雨、振动，车桥耦合振动等） ➢ 长期效应下的路面变形及平顺度分析 (沉降、预应力损失导致的挠度变化等)
➢ 内力（索力）、反力 ➢ 变形 ➢ 应变 ➢ 温度 ➢ 振动（加速度） ➢ 耐久性(环境、疲劳)
第1章 绪论《变形监测》教学课件
在实际工程中，弹性变形和塑性变形会同时存在。
四、变形监测的对象
•根据变形体的研究范围划分三类： 1、全球性变化研究 2、区域性变化研究 3、工程和局部性变化研究
对象
全球性 变形研究
内容
监测全球板块 运动、地极移 动、地球自转 速率变化、地 潮等
区域性 变形研究
工程和局部性 变形研究
地壳形变监测(地 沉降、位移、倾
GPS技术的作业模式
GPS应用于变形监测的作业方式可划分为周期性 和连续性两种模式(Episodic and Continuous Mode)
周期性变形监测与传统的变形监测网区别不大，一般 采用GPS静态相对定位法进行测量，数据处理与分析一般都 是事后的。变形基准的选择与确定成为热点。
连续性变形监测是用固定监测仪器进行长时间数据采 集，获取变形数据序列。根据变形体的特征，可采用静态相 对定位和动态相对定位两种方法，要求能实时响应变形，对 数据处理与分析要求更高。
GPS用于滑坡变形监测
GPS用于大型结构位移实时监测
经纬仪、位移传感器、加速度传感器和激光仪 等常规仪器监测结构位移存在诸多缺陷，最主要的 是各种传统方法都难以监测结构位移的实时变化。
•1996年，清华大学用GPS系统测量了深圳帝王大厦在台风 作用下的实时形变情况 •1997年，英国HUMBER大桥曾试验用GPS系统实际动态测量 大桥形变形，后来香港青马大桥、日本名石海峡大桥也用 GPS技术进行实时动态位移监测 •1999年，虎门大桥(特大型悬索桥结构)利用GPS RTK技术 建立了“三维位移GPS实时动态监测系统” ，该系统包括 1个GPS基准站、12个监测通道、7个GPS监测站以及光纤 数据传输系统和监控中心对悬索桥的三维位移进行动态实 时监测
四、变形监测的对象
•根据变形体的研究范围划分三类： 1、全球性变化研究 2、区域性变化研究 3、工程和局部性变化研究
对象
全球性 变形研究
内容
监测全球板块 运动、地极移 动、地球自转 速率变化、地 潮等
区域性 变形研究
工程和局部性 变形研究
地壳形变监测(地 沉降、位移、倾
GPS技术的作业模式
GPS应用于变形监测的作业方式可划分为周期性 和连续性两种模式(Episodic and Continuous Mode)
周期性变形监测与传统的变形监测网区别不大，一般 采用GPS静态相对定位法进行测量，数据处理与分析一般都 是事后的。变形基准的选择与确定成为热点。
连续性变形监测是用固定监测仪器进行长时间数据采 集，获取变形数据序列。根据变形体的特征，可采用静态相 对定位和动态相对定位两种方法，要求能实时响应变形，对 数据处理与分析要求更高。
GPS用于滑坡变形监测
GPS用于大型结构位移实时监测
经纬仪、位移传感器、加速度传感器和激光仪 等常规仪器监测结构位移存在诸多缺陷，最主要的 是各种传统方法都难以监测结构位移的实时变化。
•1996年，清华大学用GPS系统测量了深圳帝王大厦在台风 作用下的实时形变情况 •1997年，英国HUMBER大桥曾试验用GPS系统实际动态测量 大桥形变形，后来香港青马大桥、日本名石海峡大桥也用 GPS技术进行实时动态位移监测 •1999年，虎门大桥(特大型悬索桥结构)利用GPS RTK技术 建立了“三维位移GPS实时动态监测系统” ，该系统包括 1个GPS基准站、12个监测通道、7个GPS监测站以及光纤 数据传输系统和监控中心对悬索桥的三维位移进行动态实 时监测