桥梁安全监测解决方案

2021-04-16作者:管理员来源:

1、概述

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。

1.1监测目的

通过对桥梁结构长时间的定期观测，掌握桥梁在混凝土收缩和徐变、营运载荷、温度变化、风雨、水流、地震及其他偶然载荷长期作用下，结构性能和工作状态的变化，以便于管理单位及时发现桥梁病害。了解桥梁结构实际工作情况，监测其变化规律和发展趋势，确保桥梁安全运营，为正确分析、评价、预测及治理工程等提供可靠资料和科学依据。为桥梁建立健康档案，指导桥梁养护及维修，保证结构安全。

2、监测对象及测点布设

桥梁安全监测项目主要分为三大类：

1）环境监测，包括风速风向、温湿度等，安装于结构物附近或桥梁上空旷处。

2）整体结构监测，通过主梁塔顶布置GNSS监测其位置变化信息，桥墩处布置精力水准仪监测相对沉降。

3）局部结构监测，关键控制截面施工过程中内埋应变计或表面布置应变计监测结构物形变。桥墩处安装倾斜仪监测其偏移情况。

3、监测依据

桥梁监测系统设计主要参考下相关规范和标准和相关的技术文件等，主要参考规范为：

1）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)；

2）《建筑与桥梁结构监测技术规范》(GB50982-2014)；

3）《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)；

4、沉降监测

持续或周期性的对桥墩进行沉降监测，防止由于地质条件相差较大时导致桥面产生偏位倾翻，造成受力不均，导致桥梁的失稳。

4.1 YJL-X型静力水准仪

YJL-X 型静力水准仪是由磁致伸缩式传感器组成的高精密液位测量仪器,测量时将多台静力水准仪的容器用通液管连接，传感器的磁浮子位置随液位同步变化，每台容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，通过计算可得出各测点的沉降量。

　　静力水准仪磁致伸缩式传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁浮球等组成，测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)，测杆为不导磁的不锈钢管。测量时电路发出起始脉冲，起始脉冲在波导丝中传输，产生沿波导丝方向的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的*磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被电子拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，测量电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测液位值。

　　4.2规格及主要技术参数

　　规格型号：YJL-X

　　测量范围：0mm～200mm(量程自选)

　　灵敏度：≤0.001mm

　　测量精度：±0.1%F.S

　　输出信号：RS485

　　报文方式：自报/召测

　　调试方式：地址码和波特率自设定

　　仪器外径：90mm

　　仪器高度:300mm

　　耐水压：≥1MPa

5、应变应力监测

桥梁结构的应力监测是通过对应变监测间接实现，主要监测桥梁结构关键截面的受力情况，以了解结构的长期或瞬态的受力情况。对于各桥梁监测段，受自重以及其他荷载的作用，会产生一定的应变，而应变是应力的间接反映。大桥桥面受荷载的影响大，因此对桥面有代表性断面的应力进行监测，可以了解作为主要承力构件的受力状态，及时诊断桥梁的病害，对桥梁结构进行疲劳分析十分必要。桥体作为主要承力结构，受力是非常重要的，必须加强应变的监测。

5.1 VWS型应变计

振弦式应变计主要由夹弦器、钢弦、线圈以及安装头组成，其中钢弦通过夹弦器与两端安装头相连，钢弦上被预加一定张力固定于传感器内。根据经典弦原理，当弦长一定时，钢弦固有频率的平方同弦的张力成正比关系，而钢弦的张力同钢弦的应变成正比关系，也就是说钢弦固有频率的平方同钢弦的应变也成正比关系。当被测结构物由于外力作用产生形变，并通过应变计两端安装头传递至钢弦使其应变量发生变化，从而导致钢弦固有频率亦随之改变。通过测量钢弦频率的变化，即可得知被测结构物的应变变化量。

5.2规格及主要技术参数

规格型号：VWS型

测量范围：-1500με～+1500με

灵敏度：≤0.5με

耐水压：≥1MPa

绝缘电阻：≥50MΩ

　6、数据采集设备

　　CWM80x系列数据采集模块，是由南京峟思智能科技自主开发的一款分布式网络自动化数据采集系统,与自主研发的CWM数据采集系统软件配套使用.设计用于对各类岩土工程与结构(大坝/桥梁/隧道/边坡/危房/矿山/核电站及民用建筑物等)安全监测项目中的传感器信号进行实时自动数据采集/存储/传输/计算/报告与预警,为工程施工及运行管理者提供与工程现状和安全相关的数据支持和判断依据。

　　6.1可靠性

　　CWM80x多功能系列数据采集模块性能稳定,采用高性能高可靠性电子元器件,使用寿命长.具有隔离功能,抗干扰能力强.

　 6.2通用性

　　所有通道万用,兼容性良好,允许不同品牌/不同信号输出类型的仪器同时混合接入同一个模块,如差阻式/振弦式/电压式/电流式等模拟信号传感器,以及数字式智能型与开关量计数式传感器均可同时接入.

　　6.3冗余性

　　模块采用多核32位微处理器,24位工业级A/D转换器和冗余的继电器多路复用技术,自带超过4000条数据存储功能,保证了数据安全和完整.

　　6.4多选择

　　CWM80x系列数据采集模块有4/8/16/32通道多种类型可供选择,搭建灵活,各个模块各自独立互不影响.

　　6.5可维护性

　　CWM80x多功能系列数据采集模块具有远程自检/诊断及人工比测等维护功能,支持远程升级和维护.

　　6.6模块参数

　　产品尺寸——长x宽x高=120x80x55mm(1通道);180x140x60mm(4/8通道);252*157*52mm(16/32通道)

　　微功耗设计——采用定时开机，完成数据采集及传输后，4-10分钟内无操作CPU进入休眠状态。模块进入休眠状态后，一是当采集周期到来时模块自动启动采集数据并存储，传输数据(自报开关打开);二是如果模块采用RS485通讯时，可以向模块发送任意字节指令唤醒，等待时间超过2s后可对模块进行操作。

　　休眠——小于100uA, 485可唤醒

　　工作——小于50mA(GPRS)，小于10mA(RS485)

　　传输采集——小于500mA

　　存储容量——可存储超过4000条数据。

　　通讯接口——1路标准R485串口通讯。可选配无线GPRS、电台等。

　　实时时钟——内部自带时钟，每条数据记录都会记录数据采集的时间。

　　供电电压监测——可以实时监测电源电压。

　　电源供电——3.7V大容量聚合物锂电池，6-24V输入给内置锂电池充电。亦可以采用高容量不可充电电池(一次性电池)，工作时间大于1年。

　　工作环境——工作温度：-40℃-+80℃ 。

　　工作湿度——5%　-　95%。

　　平均无故障工作时间——MTBF>30000小时。

　6.7 通信

　　CWM80x系列数据采集模块无线通信方式，GPRS 数据传输有以下优点：

　　高速传输：由于GPRS 网络采取了先进的分组交换技术，数据传输*理论值可达171.2kb/s。实际使用中一般能达到20～40 kb/s。

　　组网灵活：GPRS 网络覆盖面广，可全国漫游而不增加额外费用。

　　防雷击：GPRS 采用小功率短天线，不需要室外架设大天线，克服了有线传输设备和无线电台容易被雷击而损坏和中断通信的情况。

　　信道保障：GPRS 通信链路由专业运营商维护，在出现通信链路中断的情况下能得到及时抢修，免除通信链路维护的后顾之忧。

　　快速登录：上线时间很快，GPRS(4G)无线终端一开机，就已经与网络建立了连接，每次登录网络，只需要一次激活过程。

7、采集软件

　　CWM数据采集系统V2.0，采集方式多样化，包括可指;

　　定时采集：定采集时间、采集间隔、采集次数的定时采集，可被动接收设备自动上报的数据，可选点测量或多点巡测等。

　　实时采集：用户可随时指定MCU进行数据采集、采集次数、保存至数据库。

　　离线采集：定离线采集时间间隔、开始采集时间、采集次数，而后采集软件读取MCU存储的数据。

　　数据显示直观化，对各种传感器采集到的数据按各自原理公式算出物理量，按测点、时间排序显示采集到的数据，将采集到的数据及时绘制成便于观察的数据图线。越限数据报警，当采集到的数据计算出的物理量超过设置的报警值时会采用多种报警方法提示观测员，包括文字闪烁、播放报警音等。

　　能管理众多的串口、协议和路由，胜任复杂的分布式测量通信系统的数据采集、传输和管理，并具有充分的可拓展性。可将若干个工程的安全监测信息集中在一起，这些工程既可具有一定程度的地域性，也可相隔在全不同的区域。

　　可定制的表格包括监测结果的年、季、月、旬、周、日等各种周期报表，表格风格随意多样，能适应任意复杂的格式，表格中数据的定义丰富齐全，包括普通测值、条件测值和各种特征值在内的几乎所有的报表需要的数据都能轻松获得。庞杂繁多的系统资源构成信息和监测数据可以方便地备份和恢复，既能保障系统的可靠与安全，又使系统的建立、维护和扩充更加方便。