DB61∕T 1037-2016 连续梁(刚构)桥健康监测技术规程

ICS93.080P28DB61陕西省地方标准DB61/T1037—2016连续梁（刚构）桥健康监测技术规程Structuralhealthmonitoringsystemtechnicalspecificationforcontinuousgirder(rigidframe)bridges2016-07-27发布2016-10-01实施陕西省质量技术监督局发布DB61/T1037—2016I前言本标准根据GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由西安公路研究院提出。本标准由陕西省交通运输厅归口。本标准起草单位：西安公路研究院。本标准主要起草人：石雄伟、袁卓亚、冯威、赵建勋、宋彬、任赟、马毓泉、许冰、谢刚、苗建宝。本标准由西安公路研究院负责解释。本标准首次发布。联系信息如下：单位：西安公路研究院电话：[phone]地址：西安市高新六路60号邮编：710065DB61/T1037—20161连续梁（刚构）桥健康监测技术规程1范围本标准规定了连续梁（刚构）桥健康监测系统的总体设计、传感器子系统、数据采集与传输子系统设计、结构安全评估与预警子系统设计、数据库管理子系统设计、系统验收、监测成果提交等内容。本标准适用于陕西省公路工程中既有和新建的连续梁（刚构）桥桥梁结构健康监测。市政道路桥梁和特别重要的中小跨径桥梁可参考执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其昀新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTGB001公路工程技术标准JTGD60公路桥涵设计通用规范JTGD62公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG/TF50公路桥涵施工技术规范JTG/TH21公路桥梁技术状况评定标准JTG/TJ21公路桥梁承载能力检测评定规程JTG/TJ21—01公路桥梁荷载试验规程3术语、定义和符号3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1桥梁结构健康监测bridgestructuralhealthmonitoring(BSHM)通过对桥梁结构整体行为和实时环境响应的监测，实现对桥梁服役情况、可靠性、耐久性和承载能力的评估，为桥梁养护与管理决策提供依据和指导。3.1.2有限元模型修正finiteelementupdating依据相关测试结果，利用有效手段修正结构有限元模型参数，使所建立的有限元模型尽可能地反映结构的真实状态。3.1.3传感器transducer/sensor将特定的被测量信息(包括环境变化、结构应变、结构变形、结构振动等)按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。3.1.4损伤识别damageidentification利用结构的响应数据来分析结构物理参数的变化，进而识别结构损伤的过程。3.1.5DB61/T1037—20162安全评估safetyassessment通过各种测试手段，分析结构当前的工作状态，并与其临界失效状态进行比较，评价其安全等级。3.1.6预警warning在结构潜在危险发生之前，根据结构监测数据和评估结果，向相关部门发出警戒信号的过程。通常通过理论分析设置预警阀值实现。3.1.7预警阈值warningthreshold结构监测中，触发结构监测系统发出预警信号所需的监测指标控制值。3.2符号下列符号适用于本文件。A——截面极值差值的昀小绝对值；21,,,nAAAK——1到n截面极值差值的昀小绝对值；D——结构运营时某一时刻某截面的测试挠度,单位为毫米（mm）；Dmax——结构正常使用极限状态短期效应组合下某截面的昀大挠度,单位为毫米（mm）；DPR——原点留数法的指标；diag（.）——提取括弧内矩阵的对角元；ECPi——第i个自由度的特征向量乘积指标；ED——有效独立系数；F——Fisher•信息阵；F(K)——第i阶模态振型改变对损伤系数向量的灵敏度；fcd——混凝土抗压设计强度，单位为兆帕（MPa）；fmax——某截面的结构允许昀大挠度，单位为毫米（mm）；ftd——混凝土抗拉设计强度，单位为兆帕（MPa）；Jr/s——表征昀小二乘法准则的目标函数，其值越小越好，传感器位置所测数据估计的模态越准确；21,,,nKKKK——相应的结构刚度；Mij——有限元质量阵的第（i；j)个元素；MACij——模态保证准则矩阵的第（i；j)个元素；MKEik——与第k个模态第j个自由度相对应的模态动能；MSSPi——第i个自由度的模态分量加和指标；Q——与维数相同的n×m维的单位正交矩阵；()LSq)——利用较多传感器取得的模态坐标的昀佳昀小二乘估计；sq)——采用某待选传感器组合时模态坐标的昀小二乘估计；R——n×m维的上三角矩阵；S——模态矩阵的奇异性比；DB61/T1037—20163T——表示矩阵的转置；Λ——对角的结构特征值矩阵，其每一个对角元为结构圆频率的平方；σ——结构运营时某一时刻某截面的测试应力，单位为兆帕（MPa）；mσ——模态矩阵的昀小奇异值；maxσ——结构正常使用极限状态短期效应组合下某截面的昀大应力，单位为兆帕（MPa）；maxsσ——截面在正常使用极限状态的上缘昀大应力，单位为兆帕（MPa）；minsσ——截面在正常使用极限状态的上缘昀小应力，单位为兆帕（MPa）；maxxσ——截面在正常使用极限状态的下缘昀大应力，单位为兆帕（MPa）；minxσ——截面在正常使用极限状态的下缘昀小应力，单位为兆帕（MPa）；1σ——模态矩阵的昀大奇异值；Φ——归一化后的模态矩阵，其每一列为结构的一个模态；ikΦ——第k个模态在i点的分量，为有限元质量阵中的相应元素；jkΦ——第k个模态在j点的分量；⊗——矩阵与相对应的元素点点相乘。4总体设计4.1一般规定4.1.1系统设计宜根据桥梁结构受力特点进行专项设计，并应结合后期养护工作的开展进行综合考虑以达到昀优化。系统设计应做到检测数据真实、分析方法正确和系统软、硬件可靠。4.1.2系统应采用先进的硬件设备、合理运用计算机技术和远程信息传输技术，并应保障系统的实时性和安全性。4.1.3系统软件应操作简便，便于维护，能满足用户的不同需求，具有一定的前瞻性，并易于扩展和升级。4.1.4如对多座大桥进行联测时，应考虑系统内部数据的兼容性和共享性等要求。4.2监测项目主要监测项目见表1，监测项目确定宜根据桥梁结构实际状况结合项目需求合理选择。DB61/T1037—20164表1监测项目环境及作用监测结构监测静力监测动力监测温度*、湿度、风荷载、车辆荷载应变（应力）*、挠度*、沉降、倾角、伸缩缝变位、支座位移频率*、振型、阻尼注：带*号为必测项目。4.3系统功能设计桥梁结构健康监测系统应包括传感器子系统、数据采集与传输子系统、结构安全评估与预警子系统和数据库管理子系统，各子系统功能应符合表2的规定。系统应能满足对结构进行实时监测、及时预警与评估以及特殊环境状况下的应急监测要求，监测数据采集应真实可靠，数据传输及时，预警及时，评估结果可信。表2系统构成及主要功能系统主要功能传感器子系统将被测的不同形式的物理量转变成便于记录及再处理的电压、电流或光等信号。数据采集与传输子系统实现信号采集、传输。结构安全评估与预警子系统实现对桥梁危险状态进行预警、对桥梁状态参数和损伤状态进行识别、对桥梁综合性能进行评估。数据库管理子系统各子系统数据的支撑系统，完成数据的归档、查询、存储、维护和打印输出等工作。5传感器子系统5.1传感器选型5.1.1传感器的选择应综合考虑被测结构的物理量性质、安装环境、测试环境等因素，具体包括测量类型、分辨率、测量范围、测试周期、测试环境、安装环境以及资金投入等进行合理选择。5.1.2传感器应技术成熟、性能先进，耐久性和抗干扰能力强，应易安装，便于维护和更换。5.1.3传感器正常工作前应进行校准、调试，以确保其正常工作。常见传感器类型及相应监测内容见表3。表3常见传感器类型及相应监测内容监测类别监测内容传感器类型环境及作用风荷载机械式风速仪、超声风速仪等温度、湿度温湿度传感器车辆荷载动态称重仪、视频监测结构响应应力光纤光栅应变传感器、振弦式应变传感器、压电薄膜传感器等DB61/T1037—20165表3常见传感器类型及相应监测内容（续）监测类别监测内容传感器类型结构响应挠度全球卫星定位系统（GPS）、静力水准仪（HLS）、自动全站仪和激光测试仪等沉降位移计倾角水准式倾角仪、光纤光栅式倾角计等动力响应加速度传感器支座变形位移计伸缩缝变位位移计5.2传感器布置5.2.1环境监测、几何线形监测和外部荷载监测传感器应依据结构形式结合现场地形特点进行布置。常见连续（刚构）桥几何线形监测内容见表4。表4常见连续（刚构）桥几何线形监测内容主要内容附加内容主梁1/4L、1/2L、3/4L截面竖向变位高墩倾角、墩底沉降5.2.2结构常见静力测点、动力测点布置见附录A，传感器可通过优化算法进一步优化，优化算法见附录B和附录C。5.2.3传感器数量应适度冗余，并可扩充和升级。5.2.4传感器及传输线缆布设不应损伤结构，应有适当的防护措施，并应考虑后期维护安全可行性。5.3传感器子系统设计要求5.3.1传感器采集数据精度应满足桥梁安全评价与预警的需求。5.3.2传感器的安装和布线应不造成对桥梁的破坏，不影响桥梁的外观。5.3.3传感器布设应具有较好的防锈蚀、防老化和防人为破坏功能，并做好防雷、防盗等安全措施。5.3.4传感器主要性能参数应结合项目要求合理确定，但不应低于表5中常用传感器基本参数要求。表5常用传感器基本参数要求传感器名称技术指标风速仪风速量程：0m/s～60m/s风速测量精度：±3%或±0.3m/s风向方位角量程：0°～360°风向测量精度：＜±3°采样频率：≥20Hz工作温度：-30℃～65℃使用寿命：≥5年动态称重仪测速量程：5km/h～180km/hDB61/T1037—20166表5常用传感器基本参数要求（续）传感器名称技术指标动态称重仪测速精度：≤±1.5%车辆识别精度：≥98%称重量程：≥300kN/轴交通量计数精度：≤±1%轴距误差：≤±1%测量精度：±5%工作温度：-30℃～80℃工作湿度：0RH～85%RH使用寿命：≥5年加速度传感器（A）测量方向（轴数）：3量程：±2g频响范围：0Hz～100Hz分辨率：＜1.0μg灵敏度：≥1500mv/g横向灵敏度比：＜1%工作温度：-30℃～65℃使用寿命：≥5年加速度传感器（B）测量方向（轴数）：1量程：±5g灵敏度：≥1000mv/g分辨率：＜1.0μg频响范围：0Hz～100Hz工作温度：-30℃～65℃使用寿命：≥5年应变传感器量程：±1500με分辨率：1με采样率：≥10Hz工作温度：-30℃～80℃使用寿命：≥5年位移传感器量程：＞20mm精度：≤0.5%FS，沉降监测时精度：0.01mm分辨率;≤0.1%FS工作温度：-20℃～80℃使用寿命：≥5年温湿度传感器湿度量程：0RH～100%RH湿度精度：±1.5%RH温度量程：-20℃～85℃温度精度：±0.5℃DB61/T1037—20167表5常用传感器基本参数要求（续）传感器名称技术指标温湿度传感器使用寿命：≥5年倾角仪量程：±15°分辨率：0.0005°精度：≤0.1%FS工作湿度：0RH～85%RH工作温度：-20℃～80℃使用寿命：≥5年静力水准系统量程：≥200mm分辨率：＜0.1%FS工作温度：-25℃～80℃工作湿度：≤95%RH使用寿命：≥5年6数据采集与传输子系统设计要求6.1数据采集6.1.1采集设备的性能应与对应传感器性能匹配，满足长期稳定工作要求。采集设备应易于更换，且更换不影响采集软件使用，宜增大所有功耗器件的冗余量，延长其使用寿命。6.1.2数据采集模式应根据工程特点与现场具体条件选择。采集设备在特殊状态下应可进行人工干预。6.1.3采集设备不应设置在潮湿、有静电和电磁场环境之中，应做好防尘防雷击保护设施，传输线缆宜短。采集设备应有不间断电源保障或太阳能供电等代替方案