橋梁健康監(jiān)測

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

編制時(shí)間：二。二三年

目錄

目錄.............................................................................4

1.監(jiān)測目的及意義...............................................................8

2.監(jiān)測依據(jù)......................................................................9

3.傳感器選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則...................................................10

3.1傳感器選擇原則........................................................10

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則..........................................................10

4.監(jiān)測方法選擇................................................................12

5.監(jiān)測方案設(shè)計(jì)................................................................13

5.1橋墩沉降及撓度監(jiān)測....................................................13

5.1.1監(jiān)測儀器........................................................14

5.1.2壓差靜力水準(zhǔn)儀工作原理.........................................14

5.1.3壓差靜力水準(zhǔn)儀的安裝............................................15

5.1.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置...............................................17

5.2橋墩傾斜監(jiān)測..........................................................18

5.2.1監(jiān)測儀器..........................................................19

5.2.2傾角傳感器工作原理..............................................19

5.2.3傾角傳感器安裝..................................................20

524測點(diǎn)及斷面布置....................................................20

5.3橋塔位移...............................................................21

5.3.I監(jiān)測儀器..........................................................21

5.3.2GNSS工作原理...................................................22

5.3.3GNSS的安裝及調(diào)試..............................................22

5.3.4測點(diǎn)及斷面布置..................................................23

5.4應(yīng)變監(jiān)測...............................................................23

5.4.1監(jiān)測儀器..........................................................24

5.4.2表面應(yīng)變計(jì)工作原理..............................................24

5.4.3表面應(yīng)變計(jì)的安裝................................................25

5.4.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................26

5.5索力監(jiān)測...............................................................28

5.5.1監(jiān)測儀器..........................................................28

5.5.2磁通量傳感器工作原理...........................................29

5.5.3磁通量傳感器安裝................................................29

5.5.4測點(diǎn)布置.........................................................30

5.6振動監(jiān)測...............................................................30

5.6.1監(jiān)測儀器..........................................................31

5.6.2力平衡傳感器工作原理............................................31

5.6.3力平衡傳感器的安裝..............................................32

5.6.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................32

5.7環(huán)境溫濕度監(jiān)測........................................................32

5.7.1監(jiān)測儀器.........................................................33

5.7.2溫濕度傳感器工作原理............................................34

5.7.3溫濕度傳感器的安裝..............................................34

5.7.4測點(diǎn)位置.........................................................34

5.8風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測...........................................................35

5.8.1監(jiān)測儀器.........................................................35

5.8.2風(fēng)速風(fēng)向儀監(jiān)測原理..............................................36

5.8.3風(fēng)速風(fēng)向儀的安裝................................................36

5.8.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面的布置..............................................37

6.采集頻率及閥值的確定.........................................................38

6.1采集頻率...............................................................38

6.2預(yù)警閥值的確定原則....................................................38

7.系統(tǒng)設(shè)計(jì)....................................................................39

7.1系統(tǒng)組成...............................................................39

7.1.1自動化監(jiān)測傳感器子系統(tǒng)..........................................39

7.1.2數(shù)據(jù)采集和傳輸子系統(tǒng)............................................39

7.1.3數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)............................................40

7.1.4安全預(yù)警與評估決策子系統(tǒng)........................................41

7.1.5用戶界面系統(tǒng).....................................................42

7.2系統(tǒng)功能...............................................................42

8.系統(tǒng)供電和防雷.............................................................44

8.1系統(tǒng)供電...............................................................44

8.2系統(tǒng)防雷...............................................................44

9.云平臺介紹..................................................................45

9.1云計(jì)算服務(wù)中心優(yōu)勢...................................................45

9.2云計(jì)算服務(wù)提供的附加值...............................................45

9.3手機(jī)終端服務(wù)方案......................................................46

9.4軟件界面展示..........................................................47

目錄

目錄.............................................................................4

1.監(jiān)測目的及意義................................................................8

2監(jiān)測依據(jù)9

3.傳感器選擇和系條設(shè)計(jì)原則二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二10

3.1傳感器選擇原則.........................................................10

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則..........................................................10

4.監(jiān)測方法選擇................................................................12

5.監(jiān)測方案設(shè)計(jì)................................................................13

5.1橋墩沉降及撓度監(jiān)測...................................................13

5.1.1監(jiān)測儀器..........................................................14

5.1.2壓差靜力水準(zhǔn)儀工作原理..........................................14

5.1.3壓差靜力水準(zhǔn)儀的安裝............................................15

5.1.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................17

5.2橋墩傾斜監(jiān)測..........................................................18

5.2.1監(jiān)測儀器..........................................................19

5.2.2傾角傳感器工作原理..............................................19

5.2.3傾角傳感器安裝..................................................20

5.2.4測點(diǎn)及斷面布置..................................................20

5.3橋塔位移...............................................................21

5.3.1監(jiān)測儀器.........................................................21

5.3.2GNSS工作原理...................................................22

5.3.3GNSS的安裝及調(diào)試..............................................22

5.3.4測點(diǎn)及斷面布置..................................................23

5.4應(yīng)變監(jiān)測...............................................................23

5.4.1監(jiān)測儀器..........................................................24

5.4.2表面應(yīng)變計(jì)工作原理..............................................24

5.4.3表面應(yīng)變計(jì)的安裝................................................25

5.4.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................26

5.5索力監(jiān)測...............................................................28

5.5.1監(jiān)測儀器.........................................................28

5.5.2磁通量傳感器工作原理............................................29

5.5.3磁通量傳感器安裝................................................29

554測點(diǎn)布置..........................................................30

5.6振動監(jiān)測...............................................................30

5.6.1監(jiān)測儀器..........................................................31

5.6.2力平衡傳感器工作原理............................................31

5.6.3力平衡傳感器的安裝..............................................32

5.6.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................32

5.7環(huán)境溫濕度監(jiān)測........................................................32

5.7.1監(jiān)測儀器.........................................................33

5.7.2溫濕度傳感器工作原理............................................34

5.7.3溫濕度傳感器的安裝..............................................34

5.7.4測點(diǎn)位置.........................................................34

5.8風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測...........................................................35

5.8.1監(jiān)測儀器..........................................................35

5.8.2風(fēng)速風(fēng)向儀監(jiān)測原理..............................................36

5.8.3風(fēng)速風(fēng)向儀的安裝................................................36

5.8.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面的布置..............................................37

6.采集頻率及閥值的確定.......................................................38

6.1采集頻率...............................................................38

6.2預(yù)警閥值的確定原則....................................................38

7.系統(tǒng)設(shè)計(jì)....................................................................39

7.1系統(tǒng)組成...............................................................39

7.1.1自動化監(jiān)測傳感器子系統(tǒng).........................................39

7.1.2數(shù)據(jù)采集和傳輸子系統(tǒng)............................................39

7.1.3數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)............................................40

7.1.4安全預(yù)警與評估決策子系統(tǒng)........................................41

7.1.5用戶界面系統(tǒng).....................................................42

7.2系統(tǒng)功能................................................................42

8.系統(tǒng)供電和防雷.............................................................44

8.1系統(tǒng)供電...............................................................44

8.2系統(tǒng)防雷...............................................................44

9.云平臺介紹..................................................................45

9.1云計(jì)算服務(wù)中心優(yōu)勢....................................................45

9.2云計(jì)算服務(wù)提供的附加值...............................................45

9.3手機(jī)終端服務(wù)方案......................................................46

9.4軟件界面展示..........................................................47

目錄

目錄……,4

1.監(jiān)測目的及意義...............................................................8

2.監(jiān)測依據(jù)......................................................................9

3.傳感器選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則...................................................10

3.1傳感器選擇原則........................................................10

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則..........................................................10

4.監(jiān)測方法選擇................................................................12

5.監(jiān)測方案設(shè)計(jì)................................................................13

5.1橋墩沉降及撓度監(jiān)測....................................................13

5.1.1監(jiān)測儀器.........................................................14

5.1.2壓差靜力水準(zhǔn)儀工作原理..........................................14

5.1.3壓差靜力水準(zhǔn)儀的安裝............................................15

5.1.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................17

5.2橋墩傾斜監(jiān)測..........................................................18

5.2.1監(jiān)測儀器..........................................................19

5.2.2傾角傳感器工作原理..............................................19

5.2.3傾角傳感器安裝..................................................20

5.2.4測點(diǎn)及斷面布置..................................................20

5.3橋塔位移...............................................................21

5.3.1監(jiān)測儀器..........................................................21

5.3.2GNSS工作原理...................................................22

5.3.3GNSS的安裝及調(diào)試..............................................22

5.3.4測點(diǎn)及斷面布置..................................................23

5.4應(yīng)變監(jiān)測...............................................................23

5.4.I監(jiān)測儀器..........................................................24

5.4.2表面應(yīng)變計(jì)工作原理..............................................24

5.4.3表面應(yīng)變計(jì)的安裝................................................25

5.4.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................26

5.5索力監(jiān)測...............................................................28

5.5.1監(jiān)測儀器..........................................................28

5.5.2磁通量傳感器工作原理............................................29

5.5.3磁通量傳感器安裝................................................29

5.5.4測點(diǎn)布置.........................................................30

5.6振動監(jiān)測...............................................................30

5.6.1監(jiān)測儀器.........................................................31

5.6.2力平衡傳感器工作原理............................................31

5.6.3力平衡傳感器的安裝..............................................32

5.6.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置................................................32

5.7環(huán)境溫濕度監(jiān)測........................................................32

5.7.1監(jiān)測儀器.........................................................33

5.7.2溫濕度傳感器工作原理............................................34

5.7.3溫濕度傳感器的安裝..............................................34

5.7.4測點(diǎn)位置.........................................................34

5.8風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測...........................................................35

5.8.1監(jiān)測儀器.........................................................35

5.8.2風(fēng)速風(fēng)向儀監(jiān)測原理..............................................36

5.8.3風(fēng)速風(fēng)向儀的安裝................................................36

5.8.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面的布置..............................................37

6.采集頻率及閥值的確定.......................................................38

6.1采集頻率...............................................................38

6.2預(yù)警閥值的確定原則....................................................38

7.系統(tǒng)設(shè)計(jì)....................................................................39

7.1系統(tǒng)組成...............................................................39

7.1.1自動化監(jiān)測傳感器子系統(tǒng)...........................................39

7.1.2數(shù)據(jù)采集和傳輸子系統(tǒng).............................................39

7.1.3數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)............................................40

7.1.4安全預(yù)警與評估決策子系統(tǒng)........................................41

7.1.5用戶界面系統(tǒng).....................................................42

7.2系統(tǒng)功能................................................................42

8.系統(tǒng)供電和防雷.............................................................44

8.1系統(tǒng)供電...............................................................44

8.2系統(tǒng)防雷...............................................................44

9.云平臺介紹..................................................................45

9.1云計(jì)算服務(wù)中心優(yōu)勢....................................................45

9.2云計(jì)算服務(wù)提供的附加值...............................................45

9.3手機(jī)終端服務(wù)方案......................................................46

9.4軟件界面展示..........................................................47

ill

L監(jiān)測目的及意義

盡管我們國家現(xiàn)有橋梁已經(jīng)達(dá)到了50余萬座，但是有些地方的橋梁管理者

對現(xiàn)有橋梁的管理仍然是被動式的，也就是當(dāng)橋梁發(fā)生安全事故的時(shí)候才對橋梁

進(jìn)行維護(hù)(檢測和加固)，這種被動式的管理不可避免的會帶來橋梁安全事故的

頻繁發(fā)生。

因此，通過監(jiān)測橋梁的傾斜、撓度、裂縫、位移、應(yīng)力應(yīng)變等因素，可以實(shí)

時(shí)了解可能存在潛在危險(xiǎn)，從而及時(shí)預(yù)警，提醒業(yè)主采取有效措施，保證橋梁的

安全，包括：

(1)通過對相關(guān)的內(nèi)容的監(jiān)測，例如橋塔傾斜監(jiān)測、橋梁撓度監(jiān)測等。建

立監(jiān)測系統(tǒng)，可有效保證橋梁的安全。

(2)了解橋梁的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力等情況，當(dāng)超過預(yù)警值時(shí)可及時(shí)預(yù)警，并

通知相關(guān)單位及時(shí)采取相應(yīng)措施。

(3)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，對災(zāi)害進(jìn)行有效評估，給決策者提供相關(guān)依據(jù)，使運(yùn)

維方案等更加合理，提高橋梁的使用壽命。

(4)為科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支撐。通過對橋梁的監(jiān)測，獲取結(jié)構(gòu)應(yīng)變的原始

數(shù)據(jù)，為相關(guān)的科學(xué)研究提供相關(guān)數(shù)據(jù)和分析服務(wù)。

(5)驗(yàn)證橋梁的設(shè)計(jì)建造理論與方法，以及施工工藝，從而完善相關(guān)設(shè)計(jì)

施工技術(shù)規(guī)程，提高橋梁設(shè)計(jì)及加固方法的設(shè)計(jì)水平和安全可靠度，保障橋梁的

使用安全，具有重要的社會意義、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

2.監(jiān)測依據(jù)

橋梁監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參考下相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的技術(shù)文件等，主要參

考規(guī)范為：

(1)《建筑與橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50982-2014)

(2)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTGH11-2004)

(3)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/TH21-2011)

(4)《公路工程質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1-2004)

(5)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》QTGD62-2004)

(6)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB01-2003)

(7)《公路工程質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1-2004)

(8)《工程測量規(guī)范》(GB50026-2007)

(9)《精密工程測量規(guī)范》(GB/T15314-1994)

(10)《自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，國家標(biāo)準(zhǔn)局，1999

(11)《計(jì)算機(jī)軟件可靠性和可維護(hù)性管理》GB/T14393-2008o

除上述標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范外，還包括義陽大橋的施工設(shè)計(jì)圖紙。

2

3.傳感器選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

3.1傳感器選擇原則

監(jiān)測儀器應(yīng)根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目來選擇，傳感器的選擇應(yīng)本著技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、

性能可靠適用、長期穩(wěn)定并滿足監(jiān)測要求的原則。具體的傳感器選型原則如下：

(1)先進(jìn)性原則。根據(jù)監(jiān)測要求，選用技術(shù)成熟、性能先進(jìn)的傳感器，盡

量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化采集；

(2)可靠、適用性原則。選擇合適的傳感器，保證系統(tǒng)在長期運(yùn)行中的可

靠耐用，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；

(3)耐久性原則。選用經(jīng)久耐用的傳感器，具有防水、防潮、抗雷電等性

能，能在復(fù)雜的環(huán)境條件長期穩(wěn)定和正常工作；

(4)可維護(hù)、可擴(kuò)展原則。傳感器易于維護(hù)和更換，并能在后期根據(jù)需要

進(jìn)行刪減或增加；

(5)精度合適、經(jīng)濟(jì)合理原則。根據(jù)監(jiān)測精度需要，滿足精度適中的儀器，

兼顧性能和經(jīng)濟(jì)；

(6)類型統(tǒng)一原則。在滿足監(jiān)測要求的前提下，儀器類型的選擇應(yīng)盡量統(tǒng)

一，以方便數(shù)據(jù)的采集和處理。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

監(jiān)測系統(tǒng)是提供獲取義陽大橋結(jié)構(gòu)信息的工具，使決策者可以針對特定目標(biāo)

做出正確的決策，設(shè)計(jì)原則如下：

(1)保證系統(tǒng)的可靠性：由于義陽大橋結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)為野外實(shí)時(shí)運(yùn)行，

需保證系統(tǒng)的可靠性，否則先進(jìn)的儀器，在系統(tǒng)損壞的前提下也發(fā)揮不出應(yīng)有的

作用及效果。

(2)保證系統(tǒng)的先進(jìn)性：設(shè)備的選擇、監(jiān)測系統(tǒng)功能與現(xiàn)在技術(shù)成熟監(jiān)測

及測試技術(shù)發(fā)展水平、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的相關(guān)理論發(fā)展相適應(yīng)，具有先進(jìn)和超前預(yù)

警性。

3

(3)可操作和易于維護(hù)性：系統(tǒng)應(yīng)易于管理、易于操作，對操作維護(hù)人員

的技術(shù)水平及能力不應(yīng)要求過高，方便更新?lián)Q代。

(4)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程固件升級功能：根據(jù)系統(tǒng)自檢以及系統(tǒng)需求可通過遠(yuǎn)程

固件進(jìn)行完善，且系統(tǒng)具備各種類型的通訊協(xié)議和接口，可為后期設(shè)備升級服務(wù)。

(5)以最優(yōu)成本控制：監(jiān)測系統(tǒng)的一個(gè)原則就是利用最優(yōu)布控方式做到既

節(jié)省項(xiàng)目成本、后期維護(hù)投入的人力及物力，又能最大限度發(fā)揮出實(shí)際監(jiān)控量測

的效果。

總之，系統(tǒng)堅(jiān)持貫徹“技術(shù)可行、實(shí)施可能、經(jīng)濟(jì)合理”的基本原則，使得

監(jiān)測系統(tǒng)做到可用、實(shí)用、好用的程度，充分發(fā)揮作用，為義陽大橋養(yǎng)護(hù)管理及

安全運(yùn)營提供數(shù)據(jù)上和技術(shù)上的支持。

4

4.監(jiān)測方法選擇

在線監(jiān)測能解決目前人工監(jiān)測的不足，其優(yōu)勢是：

(1)不需要人員多次進(jìn)入現(xiàn)場，節(jié)省人力物力；

(2)能夠全天候24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

(3)當(dāng)結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠第一時(shí)間將分析結(jié)果以短信的方式通

知相關(guān)管理人員；

(4)有利于傳輸線纜的保護(hù)。

(5)每月提供詳實(shí)數(shù)據(jù)報(bào)告給管理者，并對結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行全面評估。

根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，對義陽大橋的監(jiān)測采用在線監(jiān)測，滿足技術(shù)先進(jìn)、

經(jīng)濟(jì)合理、安全性高，并更具時(shí)效性。

傳統(tǒng)人工監(jiān)測與在線健康監(jiān)測的優(yōu)缺點(diǎn)對比見下表。

表4.1傳統(tǒng)人工檢測與在線監(jiān)測的優(yōu)缺點(diǎn)對比表

對比項(xiàng)傳統(tǒng)人工監(jiān)測在線健康監(jiān)測

很難保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定，尤其在惡劣天不受天氣影響實(shí)時(shí)監(jiān)測，在惡劣環(huán)境下仍

實(shí)效性

氣下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定

進(jìn)行定期(比如一年或兩年一次)進(jìn)行長期不間斷的24小時(shí)在線測試，能

連續(xù)性

的檢驗(yàn)夠反映細(xì)微的變化趨勢

準(zhǔn)確性系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差比較大基本上克服了人的主觀造成的誤差

以科學(xué)的數(shù)據(jù)來監(jiān)測，以量化為基礎(chǔ)，提

可量化以觀察為主，數(shù)據(jù)量化困難

供海量的數(shù)據(jù)

隨時(shí)查看，后臺操作，實(shí)現(xiàn)自動化、遠(yuǎn)程

便捷性非常繁瑣，人工記錄再輸入電腦

化、可回查、可復(fù)制性強(qiáng)

需要人工檢測，惡劣環(huán)境下對于人

安全性保障人員安全

的安全很難保證

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5.監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)橋梁的幾個(gè)方面確定系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容。

(1)基于結(jié)構(gòu)形式的分析；

(2)大橋工作環(huán)境方面的分析；

(3)基于養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的分析；

(4)橋梁易發(fā)事故分析；

(5)基于橋梁重要程度的分析。

根據(jù)義陽大橋的特點(diǎn)，考慮橋梁的重要程度、工作環(huán)境等，在進(jìn)行健康監(jiān)測

時(shí)，以下各監(jiān)測內(nèi)容是非常重要的：

(1)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測：包括梁體、橋塔變形、橋墩傾斜和沉降等；

(2)結(jié)構(gòu)應(yīng)力(應(yīng)變)監(jiān)測：橋梁重要部位(橋梁跨中關(guān)鍵部位等)靜態(tài)

的應(yīng)力(應(yīng)變)測試；

(3)斜拉索索力監(jiān)測：斜拉索索力的監(jiān)測；

(4)結(jié)構(gòu)振動特性與振動水平：振動特性的測試與分析；

(5)環(huán)境監(jiān)測：工作環(huán)境包括環(huán)境溫度和風(fēng)速風(fēng)向等方面的監(jiān)測。

5.1橋墩沉降及撓度監(jiān)測

橋墩的沉降過大，尤其是地質(zhì)條件相差較大時(shí)影響較為顯著，導(dǎo)致橋面產(chǎn)生

偏位，造成受力不均，導(dǎo)致橋梁的失穩(wěn)。義陽大橋橋位區(qū)泥巖具脫水干裂、飽水

軟化特性，開挖建設(shè)過程中需要及時(shí)澆灌碎，避免浸水、暴曬，否則會影響持力

層強(qiáng)度。此外，由于橋位區(qū)細(xì)砂巖、泥巖常常以互層、夾層的形式存在，其強(qiáng)度

和變形指標(biāo)差異大。因此，在運(yùn)營期間通過監(jiān)測了解橋墩穩(wěn)定性；梁體撓度測量

是橋梁檢測的重要組成部分，是其安全性評價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。義陽大橋的撓度

與橋梁的承載能力及抵御動荷載的能力有密切關(guān)系，橋梁受到承載車輛、行人及

索拉的共同作用，受力復(fù)雜，為受彎結(jié)構(gòu)，故有必要對橋墩沉降和梁體撓度進(jìn)行

監(jiān)測。

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5.1.1監(jiān)測儀器

橋墩沉降和梁體撓度采用壓差靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測，壓差式靜力水準(zhǔn)儀主要用于

橋梁、涵洞、地鐵及周邊建筑物等結(jié)構(gòu)物沉降或撓度的長期自動化監(jiān)測，采用精

密數(shù)字化溫度補(bǔ)償和非線性修正技術(shù)，一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的信號輸出，

具有體積小、精度高、重量輕、量程覆蓋范圍寬等特點(diǎn)。具體參數(shù)指標(biāo)如下表所

Zjxo

表5.1壓差靜力水準(zhǔn)儀技術(shù)參數(shù)

監(jiān)測項(xiàng)設(shè)備名稱設(shè)備型號技術(shù)指標(biāo)設(shè)備圖片

量程：300-2000mm

橋墩沉

壓差式靜力分辨率：0.2%CA

降和梁CA-JL-KS

水準(zhǔn)儀工作溫度：-25?+75

體撓度

(℃)FEM

采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，具體參數(shù)如下表所示。

表5.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

監(jiān)測項(xiàng)設(shè)備名稱設(shè)備型號技術(shù)指標(biāo)設(shè)備圖片

橋墩沉

數(shù)據(jù)采集系通道數(shù)：4、8、16

降和梁CA-CJ

統(tǒng)VI,0通道

體撓度1

一

5.1.2壓差靜力水準(zhǔn)儀工作原理

壓差式靜力水準(zhǔn)儀通過一根充滿液體的PU管連接在一起，最后連接到一個(gè)

儲液罐上，相比于管線的容量，儲液罐擁有足夠大的容量，能夠有效減少管線容

量因溫度變化導(dǎo)致的細(xì)微變化所帶來的影響。將儲液罐及其附近的壓差式靜力水

準(zhǔn)儀視作基點(diǎn)，基點(diǎn)必須安裝在垂直位移相對穩(wěn)定或者可以通過其他人工手段測

7

量確定的位置，接下來就可以通過測點(diǎn)壓差式靜力水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)變化直接測得該

點(diǎn)的相對沉降。

根據(jù)連通管原理，系統(tǒng)搭建完成后各測點(diǎn)基本處于同一標(biāo)高，當(dāng)連通管一端

(末端)密封后，整個(gè)通液管路中的液體是不流動的，當(dāng)測點(diǎn)隨結(jié)構(gòu)變形(沉降

或隆起)時(shí)，測點(diǎn)相對于基點(diǎn)儲液罐中的液面的相對高差即產(chǎn)生變化，測點(diǎn)測值

相應(yīng)改變，此改變量即為該測點(diǎn)的相對沉降量。

壓差式靜力水準(zhǔn)儀變量計(jì)算公式：

△h=(hi-ho)-(Hi-Ho)

式中：

Ah——當(dāng)前時(shí)刻測點(diǎn)計(jì)算值(即相對變形展示值)，KPa或mm；

hi——測點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻測量值，KPa或mm；

ho——測點(diǎn)初始時(shí)刻測量值，KPa或mm；

Hi——基點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻測量值，KPa或mm；

Ho——基點(diǎn)初始時(shí)刻測量值，KPa或mm。

5.1.3壓差靜力水準(zhǔn)儀的安裝

安裝前的準(zhǔn)備：

現(xiàn)場安裝前，儀器安裝點(diǎn)位需進(jìn)行高程測量，以便使一套系統(tǒng)的各個(gè)測點(diǎn)傳

感器能夠安裝在同一高程。傳感器安裝位置安裝水平線應(yīng)精確控制，控制標(biāo)準(zhǔn)

10mm,即各測點(diǎn)之間標(biāo)高相對誤差小于等于10mm?保證后續(xù)傳感器的量程使

用率最局。

(1)液體準(zhǔn)備

通液管內(nèi)液體最好采用純凈水，有必要時(shí)應(yīng)選用去氣防凍液。對于不需要防

凍的地區(qū)，為防止系統(tǒng)液體滋生藻類或細(xì)菌，建議將待充入液體添加防腐劑(硫

酸銅)。液體去氣非常重要，未經(jīng)去氣的液體在充入管路后很容易析出小的氣泡

經(jīng)過聚集后演變?yōu)榇蟮臍馀荻绊憸y量。

(2)通液管充液

建議在通液管尚未鋪設(shè)前.，將去氣液體充入通液管，減少或避免現(xiàn)場排氣泡

工作。通液管充液前，應(yīng)先用同種液體預(yù)先浸潤管內(nèi)壁，避免微小灰塵顆粒吸附

氣泡，可采用水泵將液體從通液管一頭注入，從另一頭流出，循環(huán)3分鐘后，將

北京城安在線科技有限公司8

出入口調(diào)換連接水泵再反向循環(huán)3分鐘，之后將管內(nèi)液體排出。通液管正式充液

可采用自然流動方式，將盛放去氣液體儲液置于高于通液管位置，把通液管與儲

液罐連通，通液管末端用另一容器接收液體，讓去氣液體通過自然流動充滿通液

管。本方式速度較慢，需把成捆的通液管拆開放直，以便檢查并排出流動過程中

產(chǎn)生的氣泡。另外也可以采用水泵將去氣液體充入通液管，本方式速度較快，但

是會減弱液體去氣效果。

(3)壓差式靜力水準(zhǔn)儀檢測

傳感器根據(jù)編號分類完成后，用UT-850線將傳感器與筆記本電腦逐一連接，

使用12VDC給傳感器供電，通過調(diào)試軟件采集各傳感器編號和測值，確定傳感

器編號是否與線纜標(biāo)簽是否一致，采集測值單位是否符合綜合管理軟件要求，測

值是否符合常理(約等于OKPa)o如編號不一致則修改到一致，測值單位修改

為KPa,若測值在未有明顯擾動情況下跳動較大(變化幅度超過0.01KPa),此

傳感器應(yīng)考慮返廠，不得在項(xiàng)目現(xiàn)場使用。

注意：在實(shí)施第(3)步時(shí)，應(yīng)輕拿輕放，嚴(yán)禁磕、摔、碰、撞。

儀器安裝：

(1)儲液罐支架為“L”型不銹鋼板，短邊4個(gè)孔用于固定于結(jié)構(gòu)表面；

另一個(gè)長邊上的4個(gè)孔用于與儲液罐連接固定。

(2)傳感器支架也是“L”型噴塑鋼板，短邊4個(gè)孔用于固定于結(jié)構(gòu)表面；

另外一個(gè)長邊的2個(gè)孔用于固定傳感器安裝外殼。

(3)使用橋架保護(hù)，線槽或橋架尺寸根據(jù)現(xiàn)場情況及走線根數(shù)確定；線槽

或橋架必須與結(jié)構(gòu)物可靠固定，線槽使用膠粒和自攻螺絲固定于結(jié)構(gòu)物，橋架使

用膨脹螺絲和托架固定于結(jié)構(gòu)物。

(4)通液管鋪設(shè)、連接：儲液罐安裝固定完成后，可進(jìn)行通液管鋪設(shè)、連

接工作，同時(shí)進(jìn)行傳感器安裝，主要是通過從儲液罐流通到安裝位置的液體，盡

可能將通液管內(nèi)的氣泡排出。根據(jù)需要連接的兩個(gè)測點(diǎn)之間的距離，截取相應(yīng)的

通液管，應(yīng)留有一定的余量，兩個(gè)測點(diǎn)間通液管安裝好之后，管線中間應(yīng)比兩段

低，這樣有利于排出空氣。管線鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)避免打折、扭曲和劃傷。管線必須緊

固、可靠的連接到三通、直通上，以免漏液。

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(5)注意：為防止儲液罐內(nèi)液體蒸發(fā)，建議將儲液罐內(nèi)添加不具有揮發(fā)性

的硅油，使硅油覆蓋在溶液表面形成油膜以隔絕空氣，從而限制水分的揮發(fā)。油

膜厚度以0.2-0.5mm為宜。添加硅油應(yīng)使用粘度單位為5-10厘絲的品種，粘度

太大的硅油不利于液面的平衡。

(6)通氣管鋪設(shè)、連接：調(diào)試工作完成，傳感器正常工作后，可進(jìn)行通氣

管連接、鋪設(shè)工作。通氣的作用是使儲液罐液面以上氣壓及傳感器內(nèi)部壓力保持

一致，整個(gè)通氣系統(tǒng)應(yīng)相互連通并僅在一點(diǎn)和大氣連通。根據(jù)需要連接的兩個(gè)測

點(diǎn)間的距離，截取連通管應(yīng)留有一定的富余量。松開干燥管一段的螺絲，使其和

大氣導(dǎo)通，然后再在干燥管上套一呈自然干癟狀態(tài)且較大的氣球，對其進(jìn)行保護(hù)，

有利于延長干燥劑的使用壽命。通氣管安裝完畢后，可與通液管聚攏、綁扎在一

起，管線鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)避免打折、扭曲和劃傷。

5.1.4監(jiān)測點(diǎn)及斷面布置

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置

壓差式靜力水準(zhǔn)儀的基點(diǎn)水箱需設(shè)置在穩(wěn)定點(diǎn)。全系統(tǒng)通過微機(jī)的控制獲取

同一時(shí)刻的測量值，以消除由于測量時(shí)間不一致而引起的量測誤差。另外，為消

除大氣壓、溫度等的影響，應(yīng)考慮在連通管中注入清潔、消毒、消應(yīng)力的蒸儲水

作為液體以克服毛細(xì)現(xiàn)象，并采用封閉的連通管測量系統(tǒng)，通過空氣連接軟管達(dá)

到大氣壓力的均衡。在布設(shè)連通管系統(tǒng)時(shí)，優(yōu)化縱向水管、基準(zhǔn)點(diǎn)液面、測點(diǎn)處

測量管液面三者之間的相對位置高度。通過最大限度地降低測量管的高度，并用

溫度傳感器直接量測液體溫度，加入溫度改正系數(shù)以克服溫度的影響。

(2)監(jiān)測點(diǎn)布置

連通管測點(diǎn)布置在主橋上，分別布設(shè)在橋塔左右兩跨的1/4、1/2及支座位置

同時(shí)作為沉降測點(diǎn)。

具體測點(diǎn)位置如圖5-1所示。

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圖5-1撓度及沉降測點(diǎn)布置位置示意圖

根據(jù)斷面圖可知截面形式為單箱五室，頂板寬33m,底板寬13.8m,中心梁

高3.8m,頂面設(shè)置雙向橫坡2%,底板水平，結(jié)構(gòu)中心線處梁高3.8m,挑臂3m,

中間箱室寬4m,邊箱寬4.75m,斜腹板對應(yīng)的箱室寬5.425m?條件允許時(shí)，測

點(diǎn)布設(shè)在一側(cè)的中間箱室或者邊箱內(nèi)，若無條件，則布置在橋一側(cè)，視實(shí)際情況

而定。根據(jù)實(shí)際標(biāo)高情況，P7、P8、P9墩處橋面標(biāo)高分別為393.681m、395.781m、

398.581m,需要在左跨布設(shè)有1個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)，右跨布設(shè)2個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)。故基點(diǎn)1個(gè)，測點(diǎn)

9個(gè)，轉(zhuǎn)點(diǎn)3個(gè)。

5.2橋墩傾斜監(jiān)測

橋墩作為橋梁的承重結(jié)構(gòu)，其傾斜過大將造成橋面伸縮縫擴(kuò)大、支座變形等，

嚴(yán)重時(shí)影響橋梁整體構(gòu)件的受力形式及使用壽命。對于高墩由于墩身高，重心高

等，施工精度要求較高。橋墩的傾斜在一定程度上也反映設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理，施

工工藝是否符合要求。通過對橋墩傾斜監(jiān)測，反映出橋梁的健康狀態(tài)，了解橋墩

的變形情況，及時(shí)預(yù)警，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝是否合理。

5.2.1監(jiān)測儀器

橋墩傾斜監(jiān)測采用傾角傳感器，該儀器主要用于橋梁（典型有橋塔、高墩等）、

基坑（典型有基坑周圍建筑物、高聳結(jié)構(gòu)物）、電塔、石油機(jī)械（磕頭機(jī)、高原

機(jī)）等結(jié)構(gòu)物水平位移或傾角的長期自動化監(jiān)測。該儀器精度較高，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)

定可靠，操作簡便，適合各種環(huán)境，具體技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表所示。

表5.3傾角傳感器技術(shù)指參數(shù)

監(jiān)測項(xiàng)設(shè)備名稱設(shè)備型號技術(shù)指標(biāo)設(shè)備圖片

測量范圍：±30。；

f■--,"V

橋墩傾傾角傳感分辨率：10";

CA-QJ■::三

斜監(jiān)測器系統(tǒng)精度：±0.01°；