1、项目概括

　　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。

　　1.2监测必要性

　　城市车量与日剧增，桥梁交通负荷逐年增大，桥梁严重超负荷工作，缩短了桥梁寿命，使得桥梁存在一定的安全隐患，大量中小桥梁养护经费通常不充裕，检测养护频率不高，但承载的交通任务依然繁重，服役年数久远。桥梁潜在的安全隐患必须得以重视。

　　人工检测与在线监测对比

　　设置先进、可靠的实时安全监测系统，出现的安全隐患时能够快速反应，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。实现对桥梁整体结构变化和关键部位的温度、应变/应力、缝隙变化、索力变化等各项参数的综合实时监测，并根据监测数据由系统进行专业的数据分析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。因此建立一个综合监测系统是非常必要的，也具有非常重要的意义。

　　1.3监测内容及测点布设

　　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、温度、交通载荷(车辆视频监测、车辆荷载监测)等;

　　2、整体结构监测，包括桥体结构的振动、位移、沉降和形变(倾角、挠度、上部结构与桥墩间相对位移);

　　3、局部结构监测，包括关键控制截面应变应力、伸缩缝、索力等。

　　桥梁监测系统测点布点示意图

　　2、监测系统

　　2.1系统概括

　　桥梁安全监测系统是对常规的检查、检测和载荷实验的重要补充，其不可替代性主要体现在连续性、同步性、实时性和自动化四个方面;连续性：有目的的长期积累桥梁监测数据，用于结构损伤识别和趋势分析;同步性：各参数可同时采集，便于分析桥梁响应与载荷作用之间的相关性，及时掌握影响桥梁性能的关键因素;实时性:实时掌握桥梁结构动态、静态、环境、载荷等响应，及时预警;自动化：通过自动化采集方式，获取监测数据，克服人工巡检无法到达、无法操作、人员安全等问题。

　　桥梁安全监测系统主要分为数据采集层、数据传输层、数据处理层，包括健康监测、三维展示、数据分析、工程巡检等9大模块。通过自动化采集系统将数据传输到云平台，实现桥梁在线实时监测。

　　2.2系统设计依据

　　根据《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)、《工程测量规范》(GB50026-2007)、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG  D63-2007)等文件设计桥梁安全监测系统

　　2.3系统组成

　　3、监测方法及设备

　　3.1环境监测

　　3.1.1温湿度

　　通过对环境温度、桥梁自身温度的监测，可以分析温度对桥梁结构静力响应的影响，还可分析环境温度对桥梁振动特性的影响。此外空气湿度是影响混凝土结构碳化和钢结构腐蚀的重要因素，是对桥梁耐久性评价不可缺少的资料。

　　3.1.1.1温湿度传感器安装

　　安装温湿度传感器的最佳位置一般要拥有该环境需要测量的典型温度和湿度。并且温湿度传感器的周围要有足够的空间保证空气的流通。

　　禁止把温湿度传感器直接安装在发热、制冷的物体上，也最好不要把传感器直接安装在蒸汽、水雾环境中，这样都会造成传感器的损坏。

　　温湿度传感器安装位置一般应该控制在梁体上，这样对于安装、调试、维护工作的更加方便，并注意连线。

温度计

湿度计

　　3.1.2风速风向

　　成桥后风荷载是桥梁结构的主要动力荷载之一。在风荷载作用下，桥梁的主要构建索、梁都将产生振动，引起疲劳损伤累积，导致桥梁抗力衰减。通过监测风速、风向，统计最大风速值，可以得出风与结构响应关系，了解桥梁受风动力荷载的情况。

　　风速测量参数：

　　测量范围：0～75m/s(出厂检定到60m/s);

　　分辨力：0.1m/s;

　　最大允许误差：±(0.3+0.03V)m/s，V是风速;

　　起动风速：≤0.5m/s;

　　距离常数：≤2.5m。

　　风向测量参数：

　　测量范围：0～360°;

　　分辨力：2.8125°;

　　最大允许误差：±3°;

　　起动风速：≤0.5m/s;

　　距离常数：≤1.0m;

　　阻尼比：≥0.45。

　　3.1.2.1风速风向仪安装

　　安装风速风向仪时，要保证传感器的指北箭头与地理北方一致。

　　风速风向仪产品图片

　　3.1.3动态交通载荷监测

　　主要监测桥面交通载荷对桥体内部结构影响的关联性，对桥梁工程健康状态进行全面性的监测与研究。监测的主要内容包括交通载荷的轴数、车速、轮重、轴重、总重等信息。测量数据结合桥梁基础实时监测数据，形成车重影响桥梁参数数据模型。

　　车辆载荷系统架构图

　　3.2整体结构监测

　　3.2.1主梁GNSS监测

　　桥塔作为桥的重要承重结构，主梁恒荷载、活荷载均通过对称布置在左右两侧斜拉索传递到桥塔，其受力主要为竖直向下的力，并把竖向力传递给桥墩。

　　桥塔也是施工中的重点工程。通过对桥塔顶点三维空间位置的变化进行监测，了解桥塔的位移情况和结构的稳定性，使受力分析更合理等，也可验证桥梁设计及施工工艺是否合理。

　　峟思云平台GNSS位移数据导入监测

　　3.2.1.1工作原理

　　各GNSS监测点与参考点接受机通过GNSS天线实时接收信号，通过控制中心的数据处理软件解算出各监测点的三维坐标，再与初始坐标进行比对从而获得监测点变化量。

　　3.2.2沉降(桥墩、台身沉降)及形变(挠度)

　　桥墩的沉降过大，尤其是地质条件相差较大时影响较为显著，导致桥面产生偏位，造成受力不均，造成桥梁的失稳。对桥墩沉降进行监测，了解桥墩稳定性十分必要。

　　梁体挠度测量是桥梁检测的重要组成部分，是其安全性评价的一项重要指标。大桥的挠度与桥梁的承载能力及抵御地等动荷载的能力有密切关系，桥梁受到承载车辆、行人及索拉的共同作用，受力复杂，为受弯结构，故有必要对桥墩沉降和梁体挠度进行监测。

　　3.2.2.1静力水准仪工作原理

　　在静力水准仪的系统中，所有测点的垂直位移均是相对于基准点变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量。具有直线测量，绝对位置输出，非接触式连续测量，永不磨损的特点。

　　静力水准仪产品图片及安装示意图

　　静力水准仪主要技术参数

　　3.3局部结构监测

　　3.3.1应变应力(关键控制截面的应变，混凝土/钢结构)

　　桥体作为主要承力结构，其受力分析十分重要。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。

　　3.3.1.1应变计选型

　　应变计适用于长期埋设在结构物或其它混凝土结构物内，测量结构物内部的应变量，同步测量埋设点的温度。

　　应变计产品图片

　　应变计主要技术参数

　　3.3.2索力(系杆拱桥、吊索、悬索桥，斜拉桥)

　　斜拉桥属高次超静定结构，所采用的施工方法和安装顺序与成桥后的主梁线形及内力状态有密切关系，且在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载工况的不断变化，结构内力和变形也随之不断变化。结构每个节点坐标的变化都会影响结构的内力分配，梁桥线形一旦偏离设计值，势必导致内力偏离设计值。

　　主梁、索塔和拉索之间刚度相差悬殊，受拉索垂度、温度变化、风力和日照影响、混凝土收缩徐变等复杂因素干扰等，使力与变形的关系十分复杂。索力的大小对结构受力的影响很大，而索力又通常在施工过程中进行有限次张拉后确定。由于施工设备数量等条件限制，张拉只能逐根或分组进行。斜拉索的张拉及索力的大小对整个斜拉索的受力有很大的影响，其中包括对其他未张拉拉索的影响。因此，索力是影响斜拉桥受力的一个核心因素，故除了在施工过程中需对索力监测外，在运营期也需对索力进行监测。

　　3.3.2.1 锚索测力计选型

　　锚索测力计适用于长期监测结构物及其它混凝土结构物、岩石边坡、桥梁等预应力的锚固状态，同步测量埋设点的温度。

　　锚索测力计产品图片

　　锚索测力计主要参数

　　3.3.3伸缩缝

　　伸缩缝是为防止桥梁构件由于气候温度变化(热胀、冷缩)，使结构产生裂缝或破坏而沿桥梁结构施工缝方向的适当部位设置的一条构造缝。它的作用是在于调节由车辆荷载环境特征和桥梁建筑材料的物理性能所引起的上部结构之间的位移和联结。桥梁伸缩装置是桥面的重要组成部分，此项监测可反映伸缩缝伸缩量变化规律是否正常。伸缩缝作为桥梁梁端的薄弱部位，直接承受车辆的反复动力作用，同时还承受疲劳、磨损以及物理和化学的各种侵蚀，作为桥梁结构发生病害最为频繁的部件之一，对伸缩缝的监测具有重要意义，包括监测裂缝发展趋势，判断桥梁的局部损伤;梁受温度影响产生纵向变形，通过伸缩缝可以反映梁的端部位移，从而了解梁是否释放温度应力。

　　3.3.3.1测缝计选型

　　VWD-J型振弦式测缝计产品图片

　　测缝计规格及主要技术参数

　　3.4读数仪(静载实验破坏实验等)

　　多功能读数仪是用于测读振弦、差阻、电流、电压及数字量输出的传感器信号，可故障诊断、内置WIFI。

　　人工读取数据，满足用户静载实验、破坏实验的需求。

　　VM-103型多功能读数仪产品图片

　　3.5自动化采集系统

　　3.5.1 MCU-32自动测量单元

　　分布式自动化采集系统主要由MCU-32自动测量单元(包括MCU主控模块及电源模块)及YDA1106多功能测量模块组成，测量单元内置通讯模块4G通信模块，可将数据实时发送至云平台。

　　MCU-32采用高度智能化/模块化集成设计,具有多种通讯接口:RS485/GPRS无线/WIFI/蓝牙/Lora/NB-IOT等可选,组网方式灵活。采用uA级别低功耗设计,内置高容量聚合物锂电池,外部电源故障/阴雨天等恶劣环境模块可连续工作

　　YDA1106多功能测量模块可测量振弦、差阻、电阻、电流、电压、数字量输出的传感器信号，支持采集我公司所有传感器，多功能采集模块可扩展性强。

图片

　　3.5.2 MCU系列多功能采集模块

　　MCU多功能系列数据采集模块采用高度智能化/模块化集成设计,具有4/8/16多通道。具有多种通讯接口:RS485/GPRS无线/WIFI/蓝牙/Lora/NB-IOT等,组网方式灵活.采用uA级别低功耗设计,内置高容量聚合物锂电池,外部电源故障/阴雨天等恶劣环境模块可连续工作。

　　多功能采集模块将测量、传输、供电功能集成在模块内，模块为金属外壳，有效防护电磁干扰，体积小巧移动方便，支持长传输距离，可实现单点和群点的任意组合;模块通过光纤传输数据，测量数据实时上传，系统组网简便快捷经济。

　　MCU系列多功能采集模块

　　两款测量模块可接入传感器数量不同，根据项目实际需求可灵活选择不同接线方式采集数据。

　　4、峟思云平台

　　桥梁安全监测平台主要由桥梁信息管理系统、桥梁健康监测系统、预警预报系统、工程巡检系统、报表报告系统、移动端小程序组成。

　　桥梁监测系统架构式通过内部结构中的传感器网络来实时获取工程内部结构对环境激励(人为的或自然的)  的响应，并从中提取工程结构的损伤和老化信息，为工程的使用和维护工作提供参考，因而可降低维护费用，预报灾难性事件的发生，将损失降低至最小。

　　桥梁健康监测系统的基本要求，包括监测数据自动采集、无线传输，原始监测数据的实时处理，形式多样的实时报警功能，事前预控提高效率等。

　　对于桥梁健康监测的关键，就技术上而言，主要是先进传感器的优化布设和信息的高效传输;就理论上而言，主要是结构识别理论和状态评估理论的发展。

　　桥梁健康监测系统应包括以下几个部分:

　　1) 传感系统：由传感器、二次仪表等部分组成，用于将待测物理量转变为电流、电压、电阻、钢弦、频率等信号。

　　2)  信号采集与处理系统：实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。

　　3) 通信系统：将处理过的数据传输到监控中心。

　　4)  监控中心和报警设施：利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括工程结构是否受到出现损伤等。传感器监测到的实时信号，经过采集与处理，由通信系统传送到监控中心进行分析，判断损伤的发生、位置、程度，从而对结构的健康状况作出评估。如发现异常，发出报警信息。

　　平台优势：

　　安全：数据安全可靠，完善的用户管理功能，确保你的账户安全;

　　定制开发：可根据项目需求定制专属界面;可添加新的传感器接口协议。

　　专业经验：多年业内经验，支持大多数行业传感器数据的接入、解析、展示、分析和管理;

　　建设费用低：无需购买服务器、无需固定IP网络端口、无需专业的软硬件安全防护;

　　6、总结

　　桥梁安全健康监测系统的普及，有助于我国大幅提高对桥梁灾害的认知，全面提升桥梁安全监管和日常管理能力，增强对桥梁灾害的预警响应能力。

　　桥梁安全健康监测系统，便于各级管理部门实时掌握桥梁的运营状况和安全状况，对大桥整体与局部性能、工作状态作出评估，对构件异常现象及时做出判断找出原因，及时发现安全隐患，制定合理、有效的措施，降低桥梁全寿命期的运营养护成本。

　　结合自动化监测系统及信息化云平台的建设，依托云计算、互联网、物联网等新兴技术，将云服务具体化，行业化，让工程项目快速上云，适应隧洞监测场景和监管场景，从而打通数据链，建设一体信息化云平台，以最短的时间完成工程配置，让监测数据迅速产生价值。方便管理部门制定决策，真正实现数据的融合共享，让监测与管理更加有效快捷!