四位一体的桥梁安全与健康监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，包括施工监控系统、荷载试验系统、巡检养护系统、健康监测系统四个部分，本发明专利技术的技术方案能够做到硬件和软件资源共享，四位一体桥梁安全与健康监测系统通过硬件界面与衔接和主体工程及交通工程联系起来，利用施工监控、荷载试验、健康监测、巡检养护的全过程信息，可建立基准模型、进行模型修正和损伤识别；利用健康监测与巡检养护结果，可进行状态评估，是一个自动与人工、整体与局部、定性与定量、客观与主观、模糊与明确的监测与评估系统。适用于桥梁工程领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥梁工程领域，涉及一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，尤其涉及一种针对大型复杂桥梁的四位一体的桥梁安全与健康监测系统。
技术介绍
桥梁工程投资规模大，服役期长，由于质量缺陷、荷载效应、环境侵蚀、材料老化、自然灾害和人为灾害等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构的损伤累积、抗力衰减和功能退化，从而使桥梁的安全性、适用性与耐久性下降，造成频繁养护维修，极端情况下可能引发灾难性事故。 为确保大型桥梁建造与运营全过程的可靠性，加强桥梁健康状况的监测和评估，实施全寿命周期的主动监控与养护管理，受到桥梁工作者与全社会的广泛关注。桥梁施工监控、荷载试验、巡检养护、健康监测是常采用的4大技术措施。桥梁施工监控是指在施工过程中对大桥“施工一量测一识别一预测一调整一预告—施工”的循环过程，以保障大桥的施工安全，并使得最终成桥内力和线形尽可能与设计理想状态。桥梁荷载试验是指在桥梁结构施工完成交付运营前，或在桥梁使用过程中，进行成桥静动载荷试验，测试大桥在标准最不利活载下结构的响应，评定结构的工作状况和承载能力，以验证桥梁结构是否满足设计要求，是否可交付使用或是否可继续使用。桥梁健康监测是指在运营过程中对大桥的作用源(输入)和作用响应(输出)进行监测，以评价大桥的适用性、安全性和耐久性，制定主动、预防性的养护措施，是桥梁检测的发展方向。巡检养护是传统的桥梁检测方法，通过人工目测和人工无损检测技术，实现对桥梁技术状况评定，制定养护措施。施工监控、荷载试验、巡检养护、健康监测分别为桥梁建造和运营期内不同阶段的工作内容，具有不同的结构状态。在设计、实施、维护等过程中，由于缺乏统一规划，大多现有的各个系统以独立的方式进行运作，缺乏全盘考虑，具有如下缺点(I)健康监测系统部分仪器设备与施工监控、荷载试验、巡检养护重复设置，部分仪器在主体工程完工后不便或不能安装，不能事先考虑与交通工程、主体工程的衔接，造成破坏与浪费。(2)健康监测系统只能监测结构在使用阶段的各种响应，而对结构影响巨大的恒载效应及施工过程信息已经丢失，海量的健康监测数据称为“信息孤岛”。(3)由于软件、硬件，数据采集、管理，识别、评估的不统一，造成健康监测系统很难与巡检养护管理系统实质性融合，也不能有效整合施工监控、成桥荷载试验信息，使得投入巨资的健康监测系统的实用性有限。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的以上缺陷，本专利技术提供一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，该系统将工程阶段不同，服务目的不同的施工监控、荷载试验、巡检养护、健康监测四个系统进行实质性融合，实现四个系统的顺序衔接、硬件资源和信息资源共享。建立一个全面、实用、先进的桥梁安全与健康监测系统，该系统从监测信息的完整性、信息的衔接与综合利用、经济性等方面均是最合理的。其技术方案为一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，包括施工监控系统、荷载试验系统、巡检养护系统、健康监测系统四个部分I、施工监控系统在设计施工监控系统的传感器和数据采集系统时，其选型、位置和数量应尽量兼顾健康监测系统的需要。部分传感器和数据 采集系统可共用，但也应注意到两者对硬件要求的会有所不同。健康监测系统的部分仪器也必须在施工阶段预埋、预留。桥梁施工监控中的各个关键静力工况，通过实测或参数识别，获得结构实际参数，建立一个包含内力、线形误差在内的、更能真实反映桥梁实际状态的分析模型。该模型为建立桥梁健康监测系统的初始基准有限元模型提供了重要参考。2、荷载试验系统除作为通车前最后一道全面检测工序外，还强调荷载试验的参数识别、模型建立与修正和建立初始基准状态等功能，为后期健康监测系统提供关键依据。荷载试验也可以利用健康监测系统来获取部分测试结果，故现场工作量很小；也可以根据荷载试验独立的测试系统结果校准健康监测系统。3、巡检养护系统健康监测系统与巡检养护系统结合，能够有效地掌握桥梁结构的健康状态。这个综合系统按照下面的策略进行建立(I)状态的改变通过力学监测系统来获取基本信息。(2)损伤检测主要通过人工目视巡检与损伤传感器直接检测。结合方案(I)健康监测系统的主要监测整体性参数，而巡检养护系统主要获取局部、外观和材料参数，两者各取所长。(2)健康监测系统的有限元模型更新可以充分利用人工巡检的材料参数、局部缺陷等结果。(3)人工巡检结果可以缩小健康监测系统损伤识别的区域，指出损伤识别的重点范围；而健康监测系统损伤识别结果也是人工巡检的重点关注区域。(4)两者的实质融合可以各自发挥所长，建立一个自动与人工、整体与局部、定性与定量、客观与主观、模糊与准确的综合评估系统。4、健康监测系统健康监测系统必须能够实时获取数据，进行结构损伤识别和状态评估，触发预警信号，为桥梁养护管理提供决策依据。四位一体的桥梁安全与健康监测系统信息融合流程按以下步骤进行⑴以设计状态为基准建立基准有限元模型，并按施工监控、荷载试验信息进行修正。但应注意，我国施工监控没有规范标准，交竣工验收试验对动力试验的质量没有要求，必须对施工监控和动力试验提出明确要求，方能满足健康监测对基准有限元模型修正的要求。(2)桥梁结构的运营过程中，进行损伤识别时引入健康监测信息，并考虑巡检养护信息和先验病害数据库，可大大降低模型修正的难度和提高效率。(3)由于结构的功能退化、结构损伤、结构内力重分布等因素，结构有限元模型是时变模型。当前阶段模型是基于前一阶段模型和当前阶段损伤识别、内力识别结果。(4)内力识别结果可供安全评估使用。(5)以上(2)、(3)、(4)过程滚动进行。本专利技术的有益效果(I)本专利技术包括的4大系统部分硬件资源共享。(2)本专利技术所述监测系统对桥梁全寿命过程进行连续监测，避免“信息孤岛”。(3)本专利技术的技术方案充分利用4大系统的全过程信息，进行传感器优化布置、初始基准模型建立、模型修正、损伤识别、状态评估等各个关键环节，为解决制约桥梁健康监测系统发展的关键问题提供可行途径。附图说明图I为四位一体的桥梁安全与健康监测系统的总体构架结构图；图2为四位一体的桥梁安全与健康监测系统的连接布置图；图3为施工监控、荷载试验与健康监测的硬件连接示意图；图4为巡检养护与健康监测系统的数据传输示意图；图5为四位一体的桥梁安全与健康监测系统的信息融合流程图。具体实施例方式本专利技术是一种桥梁安全与健康监测系统，能够做到硬件和软件资源共享，是一个自动与人工、整体与局部、定性与定量、客观与主观、模糊与明确的监测与评估系统。图I为本系统总体框架，桥梁安全与健康监测系统通过硬件界面与衔接和主体工程及交通工程联系起来，即四位一体的桥梁安全与健康监测系统是服务于主体工程和交通工程的，而主体工程和交通工程的监测要求反过来又决定了桥梁安全与健康监测系统各部分的实施方式。 四位一体的桥梁安全与健康监测系统设计时考虑主体工程，并提供开孔位置、开孔尺寸、预埋件的安装方式图等技术资料。健康监测和交通工程按照其管理功能进行必要的优化和整合原则上健康监测系统和交通工程系统各自独立设计，然后进行两大系统相同或相近内容的整合；环境监测各项内容中，温度和风的指标最为关键，其各相关系统由健康监测负责；桥梁健康监测系统中的车速车轴仪与交通工程中的车辆称重系统均具有称重功能，但车轴车速仪不应完全代替车辆称重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.01.12 CN 201210007753.61.一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，包括施工监控系统、荷载试验系统、巡检养护系统、健康监测系统四个部分 所述施工监控系统，桥梁施工监控中的各个关键静力工况，通过实测或参数识别，获得结构实际参数，建立一个包含内力、线形误差在内的、反映桥梁实际状态的分析模型； 所述荷载试验系统，作为通车前最后一道全面检测工序，其具有参数识别、模型建立与修正和建立初始基准状态的功能； 所述巡检养护系统，获取局部、外观和材料参数； 所述健康监测系统，实时获取数据，进行结构损伤识别和状态评估，触发预警信号。2.根据权利要求I所述的四位一体的桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，所述的施工监控系统，在设计健康监测传感器系统时，传感器的选型、数量和位置在满足健康监测的前提下，兼顾施工监控的要求，部分传感器共用，桥梁施工监控中，通过实测或参数识别，获得结构实际参数，建立一个包含内力、线形误差在内的、反映桥梁实际状态的分析模型，施工监控成果作为桥梁全寿命期档案过程的一部分，全部电子录入系统数据库中，便于桥梁服役期内随时调用。3.根据权利要求I所述的四位一体的桥梁安全与健康监...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹏，吴向男，徐岳，王旭，李斌，郭立明，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：