天拓桥梁健康监测系统
在国民经济的快速发展下，很多不利因素，严重缩短桥梁的使用寿命，增加了桥梁运行安全隐患，加重桥梁检查及养护难度；特别是以往发生的高架桥侧翻事故也在警示我们，必须重视桥梁的养护及健康状况。
我公司负责实施监测的福州的某大桥，作为过海桥梁中最承重的大桥，采用了以传感器技术为基础的桥梁健康监测系统，对桥梁状态进行全方位实时监测，为桥梁全生命周期养护提供坚强保障。
大桥项目位于福建省福州市，本桥采用两跨下承式简支系杆提篮拱桥，桥梁总长 294m（含台后侧墙），桥面总宽 32m，设计时速为40千米/小时，双向4车道高速公路建设标,道路等级为城市次干道。
桥梁健康监测系统的主要作用
在大桥建设之初，建设单位利用科技提升管理为目标，与设计及科研单位合作研究建立了以基于传感器技术的桥梁寿命安全监测系统。该系统集合了桥梁各部件的具体几何尺寸、材料属性、配置特征等基本信息，实现了桥梁全生命周期监测。
通过桥梁健康监测系统信息手段实现以下目标：
1.建立大桥信息化管养系统、建立信息化档案，服务于大桥运营期的日常养护管理工作，实现大桥的科学信息化管养；
2.对大桥主要构件实施自动化监测，及时反映外部环境和外在荷载作用下的大桥结构响应，监测大桥的使用状态及发展趋势，对危险状况及潜在威胁及时预警；
3.定制并指导规范桥梁全寿命期的养护行为，有效提高和保障桥梁运营的检测、养护和管理水平；
4.将自动化监测与人工巡检系统相结合对大桥实施科学管养，从局部到整体、从内到外掌握大桥的工作状况；
5.采集大桥外界环境和结构响应数据参数（包括主梁剪力效应及偏载扭转效应数据），为同类桥梁结构设计、建设、养护技术的发展、为桥梁安全监测国家和行业规范提供参考依据。
桥梁健康监测系统的监测项目
（一） 桥梁健康监测项目
根据结构危险性分析，监测项目如下：
1.重要的环境参数（风力/风向、环境温度）；
2.关键部位的变形状况（塔顶变位、挠度等）；
3.关键控制截面的应变；
4.关键点的振动监控（桥梁固有特性、桥塔撞击监控、振动响应监控）；
5.索结构的监控（重要拉索的索力）。
监测项目及相关情况。如下：
（二） 监测传感器安装图
桥梁健康监测系统传感器安装位置（如上图所示）
主要监测项目的功能作用
（一） 钢箱梁应力监测
钢箱梁主梁的内力状态的改变将有可能导致主梁的整体破坏，主梁在由于内力状态改变而发生危险前会产生显著恒载变形。对主梁内力变化的监测可以分析求解出测点的应力状况，并且结构的应力指标是运营期间安全性预警的重要信息，也是结构状态分析的参考信息。可以通过变形的监测和斜拉索索力的监测来进一步确定及明确原因。
为掌握结构较全面的内力变化信息，对主梁不同内力变化位置进行全断面布点监测，时时监测结构应力分布情况。必要时，可根据每个监测点的应力监测数据展开对比分析，结合对主梁组成构件进行全面检查、试验和车辆通行等其他监测情况，可考虑影响主梁结构安全稳定的构件进行更换或加固及进行道路交通管制。
现场安装图及动态数据分析 图一
现场安装图及动态数据分析 图二
（二） 斜拉索索力监测
监控系统中索力的监测得到的索力状况是进行桥梁静力状态识别的输入参数，索力监测资料通过分析还能够为拉索体系的损伤提供静力参考信息，同时，索力监测数据可以为运营期间的安全性指标提供直接的预警信息，通过索力计算出斜拉索的应力水平后，进行斜拉索活载应力的资料分析可以为斜拉索的疲劳寿命估算提供直接的参数。
现场设备安装样图（如上图所示）
动态数据分析（如上图所示）
另外，由于本桥结构柔度较大，索力监测对拉索断丝的敏感性并不高，所以，索力监测也没有必要逐根进行。斜拉索的索力数据监测变化明显时，就需要及时结合相邻索力监测数据确定斜拉索排查范围，排除传感器和其他结构影响后，对可疑斜拉索进行索体及锚固端排查。
（三） 桥梁结构挠度监测
大桥挠度监测采用高精度静力水准仪来监测，包括梁体的下挠、纵向移动、拱顶偏位是识别大 桥内力状态的重要参数。对于拱桥以及连续梁桥来说，主梁的线形是反映当前大桥内力状态的重要 指标，是进行拱桥、梁桥内力状态识别最重要的输入参数；同时，主梁挠度的变化也是反映行车舒适性和进行桥梁适用性评价的直接指标。为了监测主梁线形和竖向挠度，在主梁跨中、L/4 截面布设静力水准仪进行挠 度监测。
具体位置（如上图所示）
现场设备安装（如上图所示）
动态数据分析效果图（如上图所示）
（四）桥梁支座位移监测
支座位移主要监测主梁与桥台纵向位移变化。主桥主梁在交通、地震、温度及风荷载等的作用下会产生一定的纵向位移，主梁南北两端各设 有伸缩缝，据以往各大跨径拱桥伸缩缝实际使用状况和养护监管中遇到的问题。
本次监测主梁与桥台纵向位移和主梁整体相对位移的目的为：
1.为评估支座和伸缩缝以及支座和主梁的使用状态提供依据；
2.作为运营期间安全性预警的重要信息；
3.作为直观评估大桥内力状态的重要参数。
在主梁梁端的墩梁之间布设 1 个纵桥向拉绳式位移计，用于监测梁端纵向位移；在主桥主梁两端伸缩缝处各布设 1 个纵桥向拉绳式位移计，用于监测伸缩缝工作状态，服务于伸缩缝的工作状态监管。
具体位置（如上图所示）
动态数据分析效果图（如上图所示）
（五）风速风向温湿度监测
风荷载由平均风力和脉动风两部分组成，但目前用于定义风荷载的精度和可靠性的特征参数仍有许多不确定性。监测桥址处风的信息与设计的参数和假定进行比较，为分析风与大桥结构振动分析提供依据。
温度对桥梁结构的变形和应力状态影响较大，其监测内容包括：
1.监测环境空气、混凝土、钢结构的温度，以便绘制温度随时间（每天、每月和每年)的变化图；
2.从桥梁的主梁、截面、桥墩、拱顶的代表性测点温度导出桥梁有效温度和温差，绘制桥梁 有效温度随时间（每小时、每天、每月和每年)的变化图；
3.绘制关键位置处桥梁热运动与温度的关系图，如主梁跨中的竖向运动，伸缩缝的纵向运动， 测得的结果将与设计值进行比对。
现场设备安装（如上图所示）
动态数据分析效果图（如上图所示）
（六）桥梁动力特性监测
主桥主梁及引桥动力特性的参数（频率、振型、模态阻尼比)和振动水平（振动强度和幅值)是桥梁构件性能属性标志。桥梁整体或构件自振频率的降低、桥梁局部振型的改变预示着结构的刚度 降低和局部破坏或约束条件已改变，因此监测桥梁动力及振动水平，实现对主梁结构承受波动荷载历程的记录，尤其是灾后如地震、台风、船撞以及极端超重车过桥等时间后，可以从整体使用状态上把握结构性能的改变以及安全使用状况。这些结构自有的动态属性特性还可以用来检验和调校用于桥梁状态分析预测的有限元模型。此外主梁的振动加速度过大时还会影响行车舒适度，因此该监测数据是评估系统中的一个重要指标。测点布置方案 根据本桥动力特性的计算结果，监测截面尽量设置在振型曲线的拐点位置，监测主梁竖向、横向、纵向振动。主梁振动监测点布设位置为：主梁跨中、L/4 截面。
具体位置（如上图所示）
现场安装示意（如上图所示）
监测平台数据动态分析（如上图所示）
用户系统功能
（一）自动形成报表
为更好掌握系统正常运行情况，了解桥梁各部位时时监测情况和监测数据采集情况，系统将每天24小时的监测数据自动形成日报，每周自动形成周报，汇总此时间段内系统自检监测设备完好情况和数据采集有效率、统计监测参数、结构评估、监测数据分析和桥梁监测结论等数据。如下：
（二）监测传感器的使用寿命
系统的监测精度和数据采集信息完整情况直接影响桥梁健康监测的结论评定，作为系统监测设备—传感器的运行至关重要。由此，在系统工作运行中添加传感器设备的寿命预测和运行异常时并监测日报中给出提示,根据提示及时查找原因进行监测设备的修复。如下：
桥梁健康监测的重要性
桥梁健康监测系统是为保障大桥的运营安全，提升大桥的安全预警水平与养护管理效率，实现科学、高效的运营管理，构建符合大桥运营管理需求的桥梁结构健康监测系统。实现大桥在运营期内的科学信息化管养，提高管养效率并避免出现重大的结构安全事故，通过现代化的自动监测与安全评估技术，为大桥运营期内的科学信息化管养提供强大的技术支撑，对于延长结构寿命，提高结构的安全性，改善结构全寿命过程的运营安全具有重要意义。
