智慧市政的橋梁管理云平臺

解

決

方

案

目錄

1.工程概況.................................................5

2.監(jiān)測必要性及意義.............................................6

2.1監(jiān)測必要性..............................................6

2.2監(jiān)測意義...............................................10

3.監(jiān)測依據....................................................12

4.監(jiān)測內容....................................................14

5.系統設計....................................................18

5.1系統設計原則...........................................18

5.2系統組成...............................................19

5.2.1傳感器子系統.....................................20

5.2.2數據采集子系統...................................20

5.2.3數據傳輸子系統...................................21

5.2.4數據庫子系統.....................................21

5.2.5數據處理與控制子系統.............................22

5.2.6安全評價與預警子系統.............................22

6.監(jiān)測布點及設備..............................................24

6.1傳感器選擇原則.........................................24

6.2監(jiān)測項目及設備參數.....................................26

6.2.1撓度監(jiān)測.........................................26

測點布設....................................26

監(jiān)測設備....................................27

監(jiān)測原理....................................29

621.4設備安裝...................................30

6.2.2應變監(jiān)測.........................................39

624.4測點布設.....................................39

監(jiān)測設備.....................................39

監(jiān)測原理.....................................41

6.2.4A設備安裝.....................................41

6.2.3索力/吊桿監(jiān)測....................................44

測點布設....................................45

監(jiān)測設備....................................45

磁通量傳感器監(jiān)測原理........................47

6.23.4磁通量傳感器安裝...........................47

6.2.4振動監(jiān)測.........................................50

測點布設....................................50

6.2A.2監(jiān)測設備...................................50

加速度計監(jiān)測原理...........................52

加速度計安裝...............................52

6.2.5伸縮縫監(jiān)測.......................................54

測點布設....................................55

監(jiān)測設備....................................55

625.3監(jiān)測原理...................................57

設備安裝....................................57

6.2.6環(huán)境溫濕度監(jiān)測...................................63

測點布設....................................64

監(jiān)測設備....................................64

監(jiān)測原理....................................65

6.2.6A設備安裝...................................66

6.2.7風速風向監(jiān)測.....................................71

測點布設....................................72

監(jiān)測設備....................................72

監(jiān)測原理....................................73

設備安裝....................................74

7.系統數據的采集、傳輸、處理...................................77

7.1在線健康監(jiān)測系統無線數據傳輸方式.......................77

7.1.1無線數傳模塊.....................................77

7.1.2無線遠程數傳采集系統具備的特點...................78

7.2數據處理...............................................79

7.3數據優(yōu)化...............................................80

8.閾值確定及分級預警..........................................83

8.1預警閾值的確定原則.....................................83

8.2分級預警...............................................84

9.系統供電和防雷..............................................86

9.1系統供電...............................................86

9.2系統防雷...............................................86

10.軟件系統...................................................88

10.1軟件系統設計..........................................88

10.2軟件功能..............................................88

1.工程概況

根據實際情況編制

2.監(jiān)測必要性及意義

2.1監(jiān)測必要性

鑒于市政的橋梁結構施工監(jiān)控及運營期監(jiān)測在工程的

建設以及運營管理中所發(fā)揮的作用，從以下幾方面闡述整

個系統建設的必要性：

1）社會智能化建設要求

要加快推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深

度融合。隨著中國社會智能化建設的推進，廣泛利用云計

算、物聯網、大數據、人工智能、移動互聯網、BIM、北斗

等先進的現代化技術成果，構建技術先進、結構合理、功

能完善、管理科學、安全可靠、具有中國特色的智能化信

息系統成為了中國社會高質量發(fā)展的標志。

因此，有必要應用傳感技術、物聯網、云計算、地理

信息、衛(wèi)星導航等現代信息技術，可形成重點市政的橋梁

運營狀態(tài)的全息化智能感知、快速辨識、風險評估、預警

和應急處置能力。

2）施工安全要求

通過施工現場的結構測試，跟蹤計算分析及成橋狀態(tài)

預測得出合理的反饋控制措施，使施工過程中結構內力合

理，結構變形控制在允許范圍內，確保結構施工過程中結

構的安全和穩(wěn)定，給施工過程提供決策性技術依據，為結

構行為控制提供理論數據，從而正確地指導施工，使成橋

后的橋塔偏位、橋面線形達到設計要求，并且使結構的內

力分布與設計理想的內力狀態(tài)基本吻合，確保市政的橋梁

施工安全。

3）施工控制要求

斜拉橋為高次超靜定結構，安裝過程中結構體系將隨

施工階段不同而變化；結構的實際參數與理論值肯定有差

異，現場施工荷載與環(huán)境也是不斷變化的；以上種種原

因，必將使施工過程中的內力和位移偏離設計值，因此施

工過程中必須對線形及內力進行控制，對施工步驟及控制

條件做出調整，防止施工中的誤差積累。

4）環(huán)境特點要求

大橋在建成通車后，由于受到氣候、腐蝕和老化等因

素的影響，其強度和剛度會隨著時間的增加而降低，不僅

會影響行車安全，更會縮短市政的橋梁的使用壽命。因此

有必要建立一個結構運營安全監(jiān)測系統對使用中市政的橋

梁結構所處環(huán)境條件實時監(jiān)測，研究結構受力、變形、耐

久性等與環(huán)境因素之間的聯系，評估其在所處環(huán)境條件下

的可能發(fā)展態(tài)勢及其對結構安全運營造成的可能潛在威

脅。

5）一體化要求

施工監(jiān)控是在市政的橋梁施工過程中通過控制各施工

階段的標高，使成橋后主梁能達到設計所要求的線形和應

力狀態(tài)，而運營期監(jiān)測系統通過對市政的橋梁結構運營過

程的長期連續(xù)監(jiān)測，對結構的服役情況、可靠性、耐久性

和承載能力進行性能評估，為大橋維修養(yǎng)護提供依據和信

號。

市政的橋梁施工監(jiān)測和控制與使用其監(jiān)測均是通過監(jiān)

測手段，測試市政的橋梁結構的內力、變形、環(huán)境和荷

載，因此在傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、結構

安全評價子系統以及數據庫管理子系統等方面都具有很大

的共享性和重復性。此外，各階段在時間順序上具有銜接

性，每一個階段的監(jiān)測數據是后一個階段的基礎，為節(jié)約

資源、降低工程造價、應充分發(fā)揮各個子系統的共享性，

對各子系統統籌規(guī)劃和實施，采取統一設計、統一施工和

統一管理的方式，實現市政的橋梁施工監(jiān)控和運營期監(jiān)測

一體化的工程實施?？蓽p少監(jiān)測成本的投入，創(chuàng)造良好的

經濟效益和社會效益。同時，為了加強設計、施工配合，

將施工單位的施工監(jiān)控納入一體化運營期監(jiān)測系統，可以

做到施工、成橋、維養(yǎng)數據間的無縫銜接，最大限度的提

高監(jiān)測數據的利用率，實現了建造、運營、養(yǎng)護全過程的

數據全覆蓋，通過與施工監(jiān)控數據的對比分析，可了解市

政的橋梁運營期安全狀況的演變過程和規(guī)律，彌補了傳統

運營期監(jiān)測系統缺少前期施工等歷史數據的缺陷，提高了

市政的橋梁安全評估及預測預報的精度，為深入研究市政

的橋梁的行為特征提供了基礎，有助于市政的橋梁建造和

養(yǎng)護管理一體化水平的提高。

施工監(jiān)測及運營期監(jiān)測一體化需具備以下原則：

1）對施工監(jiān)控的測點和儀器狀況進行梳理，在一體化

運營期監(jiān)測中盡量加以利用，既節(jié)省了費用，更實現了施

工及運營期間數據的無縫銜接。

根據施工監(jiān)控的具體實施內容，對施工監(jiān)控測點的可

利用性進行逐層分析，一般情況下，可將橋塔最不利受力

截面的應力狀態(tài)和溫度情況施工監(jiān)測、梁部最不利受力截

面的應力狀態(tài)和溫度情況施工監(jiān)測、斜拉索索力及溫度情

況施工監(jiān)測納入到運營期監(jiān)測系統中，避免設備的重復投

資。

2）對該橋施工階段劃分以及運營期間的特點，合理設

置控制斷面，測試設備提前充分預埋。施工過程中注意測

試設備的保護，保證測試設備在施工及運營期都能服役。

3）盡量采用技術成熟、耐久性好的配套產品，保證系

統的精確性、穩(wěn)定性；設置適度冗余的傳感器及相關設

備，保證系統的可靠性，并滿足系統改進、擴展和完善的

要求。

2.2監(jiān)測意義

隨著科學技術的發(fā)展，綜合現代測試與傳感技術、網

絡通信技術、信號處理和分析技術、數學理論和結構分析

理論等多個學科領域的市政的橋梁結構健康監(jiān)測系統，可

極大地延拓市政的橋梁的監(jiān)測內容，并可連續(xù)地、實時

地、在線地對結構“健康”狀態(tài)進行監(jiān)測和評估，對市政

的橋梁的運營安全和提高市政的橋梁的管理水平具有極大

的指導意義。通過為市政的橋梁建立一個先進實用的市政

的橋梁健康與安全狀況監(jiān)測系統，主要功能如下：

(1)通過對相關的內容的監(jiān)測，建立監(jiān)測系統，實時

掌握市政的橋梁運營狀況，有效保證市政的橋梁的安全。

(2)了解市政的橋梁的結構變形、應力等情況，當超

過預警值時可及時預警，實現市政的橋梁服務水準的實時

安全報警，并通知相關單位及時采取相應措施。

(3)通過監(jiān)測數據，對災害進行有效評估，給決策者

提供相關依據，使運維方案等更加合理，提高市政的橋梁

的使用壽命。

(4)合理配置市政的橋梁養(yǎng)護維修資源，為降低市政

的橋梁運營維護成本提供科學技術依據，保證市政的橋梁

檢查維修策略制訂具有針對性、及時性和高效性。

(5)為科學研究提供數據支撐。通過對市政的橋梁的

監(jiān)測，獲取結構應變的原始數據，為相關的科學研究提供

相關數據和分析服務。

(6)驗證市政的橋梁的設計建造理論與方法，以及施

工工藝，從而完善相關設計施工技術規(guī)程，提高市政的橋

梁設計及加固方法的設計水平和安全可靠度，保障市政的

橋梁的使用安全，具有重要的社會意義、經濟價值和廣泛

的應用前景。

3.監(jiān)測依據

監(jiān)測系統設計主要參考下相關規(guī)范和標準和相關的技

術文件等，主要參考規(guī)范為：

(1)《公路市政的橋梁結構安全監(jiān)測系統技術規(guī)程》

(JT/T1037-2016)；

(2)《建筑與市政的橋梁結構監(jiān)測技術規(guī)范》

(GB50982-2014)；

(3)《結構健康監(jiān)測系統設計標準》(CECS333-

2012)；

(4)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》(JTGH11-2004)；

(5)《公路橋涵施工技術規(guī)范》(JTG/TF50-

2011)；

(6)《公路市政的橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T

H21-2011)；

(7)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)；

(8)《市政的橋梁工程檢測手冊》，人民交通出版

社，2010；

(9)《橋涵工程試驗檢測技術》，人民交通出版社

2004；

(10)《綜合布線系統工程設計規(guī)范》(GB50311-

2016）；

(11)《公路工程質量檢測評定標準》(JTGF80/1-

2017)；

(12)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)

范》(JTG3362-2018)

(13)《公路工程技術標準》(JTGB01-2014)；

(14)《公路市政的橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》

(JTG/TJ21-2011)；

(15)《工程測量規(guī)范》(GB50026-2007)；

(16)《工程振動測量儀器和測試技術》，中國計量

出版社,2001；

(17)《精密工程測量規(guī)范》(GB/T15314-1994)；

(18)《建筑物防雷設計規(guī)范》(GB50057-2010)；

(19)《綜合布線系統工程驗收規(guī)范》(GB/T50312-

2016)；

(20)《計算機軟件可靠性和可維護性管理》

(GB/T14393-2008)；

(21)《計算機場地安全要求》(GB/T9361-2011)；

(22)《電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規(guī)

范》(GB50254-2014)

以及其他相關的標準、規(guī)范等。

4.監(jiān)測內容

監(jiān)測系統設計中，結合相關規(guī)范要求并根據市政的橋

梁的幾個方面確定系統監(jiān)測內容。

（1）基于結構形式的分析；

（2）大橋工作環(huán)境方面的分析；

（3）基于養(yǎng)護管理系統的分析；

（4）市政的橋梁易發(fā)事故分析；

（5）基于市政的橋梁重要程度的分析。

并結合《建筑與市政的橋梁結構監(jiān)測技術規(guī)范》

（GB50982-2014）,對于使用期間的市政的橋梁安全監(jiān)測

項目，如下表所示。

表4.1施工期間監(jiān)測項目

基環(huán)境及效應監(jiān)

變形監(jiān)測

礎應測

沉變

降豎水監(jiān)溫振

風

監(jiān)向平測度動

測

梁橋★★O★O★O

拱橋★★▲★O★O

斜拉

★★▲★★★O

橋

懸索

★★▲★★★O

橋

注：1★應監(jiān)測項，▲宜監(jiān)測項，。可監(jiān)測項；

根據市政的橋梁結構的特點，考慮市政的橋梁的重要

程度、工作環(huán)境等，在進行健康監(jiān)測時，以下各監(jiān)測內容

是非常重要的：

（1）結構變形監(jiān)測：包括梁體、塔變形、橋墩傾斜和

沉降等；

（2）結構應力（應變）監(jiān)測：市政的橋梁重要部位

（市政的橋梁跨中關鍵部位等）靜態(tài)的應力（應變）測

試；

（3）索力/吊桿監(jiān)測：主跨斜拉索索力、吊桿拉力、系

桿拉力的監(jiān)測；

（4）結構振動特性與振動水平：包括振動特性的測試

與分析、地震動；

（5）伸縮縫/裂縫監(jiān)測：主橋與引橋間伸縮縫大小變

化、裂縫變化；

（6）環(huán)境監(jiān)測：監(jiān)測大橋所處環(huán)境的溫濕度、風速風

向、雨量等。

表4.2真武路瀟河大橋監(jiān)測內容及位置

監(jiān)測項傳感器安裝位置測點數量

拱肋位置及

結構溫度溫度傳感器72

跨中

主跨、從跨

撓度靜力水準儀44

和邊跨

拱肋位置及

應變表面式應變計72

跨中

溫濕度溫濕度傳感器拱頂位置2

超聲波風速風向

風速風向橋面位置1

儀

橋面跨中和

振動加速度計36

頂部

斜拉索索力磁通量傳感器斜拉索36

市政的橋梁

伸縮縫監(jiān)測直線位移傳感器兩端伸縮縫4

處

表4.3大運路瀟河大橋監(jiān)測內容及位置

監(jiān)測項傳感器安裝位置測點數量

拱肋位置及

結構溫度溫度傳感器40

跨中

主跨、從跨

撓度靜力水準儀20

和邊跨

拱肋位置及

應變表面式應變計40

跨中

溫濕度溫濕度傳感器拱頂位置2

超聲波風速風向

風速風向橋面位置1

儀

橋面跨中和

振動加速度計10

頂部

吊桿拉力磁通量傳感器吊桿48

巾政的橋梁

伸縮縫監(jiān)測直線位移傳感器兩端伸縮縫4

處

5.系統設計

5.1系統設計原則

系統的設計應滿足一定的原則，盡量做到可靠、經

濟、合理。監(jiān)測系統是提供獲取市政的橋梁結構信息的工

具，使決策者可以針對特定目標做出正確的決策，設計原

則如下：

(1)保證系統的有效性。針對大橋的結構特點，根據

結構狀態(tài)識別和安全性評估要求確定監(jiān)測系統的監(jiān)測項目

與傳感器測點布設。

(2)保證系統的可靠性：由于真武路瀟河大橋及大運

路瀟河大橋結構安全監(jiān)測系統為野外實時運行，需保證系

統的可靠性，否則先進的儀器，在系統損壞的前提下也發(fā)

揮不出應有的作用及效果。

(3)保證系統的先進性：設備的選擇、監(jiān)測系統功能

與現在技術成熟監(jiān)測及測試技術發(fā)展水平、結構安全監(jiān)測

的相關理論發(fā)展相適應，具有先進和超前預警性。

(4)可操作和易于維護性：系統應易于管理、易于操

作，對操作維護人員的技術水平及能力不應要求過高，方

便更新換代。

(5)系統應該具有很好的開放性、兼容性。在滿足功

能要求的前提下，應充分考慮現代技術的快速發(fā)展，以便

系統升級。同時能夠實現與交通工程、管理養(yǎng)護等系統對

接，實現信息共享。

(6)系統具有遠程固件升級功能：根據系統自檢以及

系統需求可通過遠程固件進行完善，且系統具備各種類型

的通訊協議和接口，可為后期設備升級服務。

(7)以最優(yōu)成本控制：監(jiān)測系統的一個原則就是利用

最優(yōu)布控方式做到既節(jié)省項目成本、后期維護投入的人力

及物力，又能最大限度發(fā)揮出監(jiān)測的效果。

總之，系統堅持貫徹“技術可行、實施可能、經濟合

理”的基本原則，使得監(jiān)測系統做到可用、實用、好用的

程度，充分發(fā)揮作用，為市政的橋梁養(yǎng)護管理及安全運營

提供數據上和技術上的支持。

5.2系統組成

系統由感知層、傳輸層和運用層組成，具體為傳感器

系統、數據采集子系統、數據傳輸子系統、數據庫子系

統、數據處理與控制系統、安全評價和預警子系統，通過

各個層相互協調，實現系統的各種功能?，F就對系統組成

及功能進行介紹。

傳感器子系統

數據采集子系統

數據傳輸子系統

I匚

數據庫子系統

應用層

數據處理與控制子系統

軟件系統

安全評價、預警子系統

圖5-1在線監(jiān)測系統拓撲圖

5.2.1傳感器子系統

自動化監(jiān)測傳感器子系統作為感知層，是整個監(jiān)測系

統的基礎部分，能在惡劣條件下，對監(jiān)測結構物的各監(jiān)測

項能提供真實、實時和可靠的安全監(jiān)測數據。傳感器子系

統即把結構等的變化，轉換成其他信號的方式，例如聲、

光、電、磁等，對結構的變化進行定量，轉換成人們比較

熟悉的數值等，從而了解結構的受力及其他參數等。

5.2.2數據采集子系統

數據采集子系統就是采集傳感器子系統測量的環(huán)境條

件和結構自身的聲、光、電、磁等信號，并將信號處理成

數字信號。數據采集子系統應當具有一定的診斷功能，對

于異常的信息數據、傳感器失效和損壞部位等能進行快速

的分辨，并且保證系統能夠在惡劣的氣候條件（如雨、

雪、颶風、地震、暴雨等）下正常運行，連續(xù)的采集傳輸

市政的橋梁安全監(jiān)測各監(jiān)測項的信息數據。數據采集子系

統還具有一定的數據初步處理功能。

5.2.3數據傳輸子系統

數據傳輸子系統常用的通信方式有GPRS/3G/4G、光纖

和無線網橋。視頻數據的傳輸常用的方式有光纖等。組網

方式的選擇原則如下：

(1)手機信號能夠覆蓋的地區(qū)，應優(yōu)先考慮選用

GPRS/3G/4G進行組網，運營商根據實際情況選擇；

(2)現場和監(jiān)控中心可通視，且距離不超過10km,

可考慮采用無線網橋的方式進行數據傳輸；

(3)現場無手機信號或數據流量過大(含視頻監(jiān)控)

時，需采用光纖進行傳輸。

5.2.4數據庫子系統

數據庫子系統是一種數據處理系統，為實際可運行的

存儲、維護和應用系統提供數據的軟件系統，是存儲介

質、處理對象和管理系統的集合體。其軟件主要包括操作

系統、各種宿主語言、實用程序以及數據庫管理系統。數

據庫子系統由數據庫管理系統統一管理，數據的插入、修

改和檢索均要通過數據庫管理系統進行。數據管理員負責

創(chuàng)建、監(jiān)控和維護整個數據庫，使數據能被任何有權使用

的人有效使用。

5.2.5數據處理與控制子系統

數據處理與控制子系統是數據傳輸子系統的下一個環(huán)

節(jié)，對于數據采集和傳輸子系統采集傳輸過來的大量原始

數據資料，需要通過數據處理與控制子系統，進行深一步

的處理和分析。通過軟件、硬件系統的處理，進行數據校

對檢驗、總體數據初步分析、響應后續(xù)子系統功能模塊的

指令等等。數據處理和控制子系統實現了數據查詢、存

儲、可視化等結構化處理，控制著市政的橋梁處安裝的數

據采集設備，通過數據庫操作實現了數據的提取和處理，

是對原始數據進行處理和分析的關鍵系統部分。

數據處理與控制主要包括對數據進行過濾、二次處理

等，并用原始數據或曲線等進行展示，然后APP或者PC

端，進行原始數據或者以曲線的形式等進行展示，打印相

關表、數據等。針對動態(tài)稱重系統，可通過監(jiān)控中心設備

進行查看和展示。

5.2.6安全評價與預警子系統

安全評價與預警子系統的主要功能就是對采集數據進

行統計分析，并對各種環(huán)境條件下，在一定的溫度和荷載

作用下，結構關鍵部件和控制截面的參數值，確定應力等

的值域范圍。在各種情況下，監(jiān)測關鍵參數的變化，并通

過數據判斷出變化趨勢，在遇到突發(fā)狀況的時候，能夠提

前判斷結構各種狀況，在應力和應變等達到限值的時候發(fā)

出預警信息，結合預警機制，及時對不穩(wěn)定結構或可能出

現失穩(wěn)的結構采取一定的治理措施進行防治，防止災害的

發(fā)生或擴大，減少損失。

6.監(jiān)測布點及設備

6.1傳感器選擇原則

測試元件以及監(jiān)測儀表的好壞從根本上決定了整個安

全監(jiān)測及安全監(jiān)控預警系統中數據采集和數據傳輸是否準

確、有效。由于國內外生產、銷售可用于土木工程結構監(jiān)

測、檢測設備的廠家眾多，各廠家生產的傳感器性能及價

格千差萬別，即便是同一類型的傳感器，不同型號技術性

能和價格亦不盡相同，因此在進行系統監(jiān)測設備的選擇上

應參考如下要求：

(1)先進性：為提高建成后市政的橋梁的信息化、數

字化管理水平，要求系統的傳感測試儀器等監(jiān)測設備必須

具有一定國際先進水平；

(2)精確性：可靠的監(jiān)測儀表還必須具備必要的精

度，能準確的反映出效應量(或原因量)的變化。選擇傳

感器時，必須對結構部位的受力進行分析，選擇精度滿足

市政的橋梁監(jiān)測要求的傳感測試儀器；

(3)可靠性：選擇的市政的橋梁監(jiān)測設備必須能在惡

劣的市政的橋梁自然環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠運行，盡可能選

擇已在同類項目中廣泛使用，并證明使用效果好的監(jiān)測儀

表及傳感設備；

(4)簡便性：儀器結構簡單，牢固可靠，率定、埋

設、測讀、操作、維修方便，便于更換，使操作人員易

于掌握，有利于提高量測速度和精度。

(5)經濟實用性：傳感測試儀器及配套儀表須有合理

的性能/價格比，滿足市政的橋梁結構監(jiān)測特性及養(yǎng)護管理

實用性的要求；

(6)自動化性：傳感測試及采集設備選型時，應從技

術先進、可靠實用、經濟合理以及自動化測控技術發(fā)展水

平相適應等方面進行綜合分析確定，以便系統集成和調試

及自動控制；

(7)冗余度：考慮到傳感測試元件存活率可能出現的

問題，系統設計中個別監(jiān)測項目的監(jiān)測點時適當考慮冗余

度；

(8)耐久性：結構安全監(jiān)測系統通常要運行數年，這

就要求傳感器必須經久耐用，盡可能少的更換，以保證測

試數據的長期連續(xù)有效。

(9)可更換性：市政的橋梁設計年限一般至少為50

年，因此在市政的橋梁整個生命周期內，幾乎所有傳感器

都面臨著若干次的更換問題。所以在傳感器選型時應盡可

能考慮選擇外裝可更換性好，更換時對市政的橋梁本身結

構不產生損壞的產品，并能滿足更換時測試數據的連續(xù)

性。

6.2監(jiān)測項目及設備參數

6.2.1撓度監(jiān)測

市政的橋梁結構基礎的穩(wěn)定，是確保市政的橋梁安全

運營的前提，市政的橋梁的沉降會給市政的橋梁結構造成

多方面不利影響。過大沉降會引起市政的橋梁結構產生過

大的附加內力、市政的橋梁線形的惡化以及市政的橋梁附

屬設施(支座、伸縮縫、欄桿等)的損壞。市政的橋梁恒

載作用下市政的橋梁線形是市政的橋梁整體安全狀態(tài)的重

要標志?；钶d作用下，市政的橋梁撓度是評價市政的橋梁

使用功能和安全性的重要指標之一，是市政的橋梁整體剛

度的重要標志。通過對市政的橋梁撓度的監(jiān)測，可以從整

體上把握市政的橋梁健康和安全狀態(tài)。

測點布設

(1)基準點設置

靜力水準儀的基點水箱需設置在穩(wěn)定點。全系統通過

智能控制獲取同一時刻的測量值，以消除由于測量時間不

一致而引起的量測誤差。另外，為消除大氣壓、溫度等的

影響，應考慮在連通管中注入清潔、消毒、消應力的蒸儲

水作為液體以克服毛細現象，并采用封閉的連通管測量系

統，通過空氣連接軟管達到大氣壓力的均衡。在布設連通

管系統時，優(yōu)化縱向水管、基準點液面、測點處測量管液

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

正系數以克服溫度的影響。

（2）監(jiān)測點布設

真武路瀟河大橋連通管測點布設在各跨跨中、1/4跨、

支座處，兩條水路，共計44個測點。大運路瀟河大橋連通

管布設兩條水路，共計20個測點。具體點位布置可根據現

場進行調整。

監(jiān)測設備

市政的橋梁撓度采用靜力水準儀監(jiān)測，FS-JLSZ-V1.00

型靜力水準儀是一款高精度、高穩(wěn)定性的智能化靜力水準

測量傳感器。該產品造型美觀，外形獨特，采用鋁合金材

質，輕量一體化結構，堅固耐用。它配有可續(xù)接的標準水

路接口和背壓接口，帶有鎖緊功能的快速接頭既便于管路

連接操作，又能確保水路和氣路的密封性，供電和通訊采

用防水插件，一進一出，并且多臺靜力水準儀可以總線連

接且有手動排氣裝置。它是一款專為沉降監(jiān)測而設計的產

品。具體參數指標如下表所示。

表6-1靜力水準儀技術參數

設備名設備型

監(jiān)測項技術指標設備圖片

稱號

量程：2000mm

綜合精度：土

0.15%FS（典型

值）±0.25%FS

（最大值）

FS-長期穩(wěn)定性土

橋墩沉

靜力水JLSZ-0.2%FS/年

降和梁

準儀20-防護等級：IP674;

體撓度

V1.00工作溫度：-

40℃?80℃；

功耗：150mW

輸出信號：RS485

負載能力：可串聯

32臺

采用數據采集系統進行采集，具體參數如下表所示。

表6-2數據采集系統技術指標

監(jiān)測設備名設備型

技術指標設備圖片

項稱號

橋墩數據采

通道數：4

沉降集系統FS-D041■?.c,

通道

和梁V1.0

體撓

度

監(jiān)測］原理

(1)工作原理：靜力水準測量系統是基于連通管原理

的工程應用，測量系統由多個靜力水準儀通過一根充滿液

體的PU管連接在一起，最后連接到一個儲液罐上，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致的細微變化所帶來的影響。將儲液

罐及其附近的靜力水準儀視作基點，基點必須安裝在垂直

位移相對穩(wěn)定或者可以通過其他人工手段測量確定的位

置，接下來就可以通過查看測點靜力水準儀的壓力變化直

接測得該點的相對沉降。

圖6-1系統連接示意圖

(2)系統采集計算原理：根據連通管原理，系統搭建

完成后各測點基本處于同一標高，當連通管一端(末端)

密封后，整個通液管路中的液體是不流動的，當測點隨結

構變形（沉降或隆起）時，測點相對于基點儲液罐中的液

面的相對高差即產生變化，測點測值相應改變，此改變量

即為該測點的相對沉降量。

靜力水準儀變量計算公式：

^=（hi-ho）-（Hi-Ho）

式中：

Ah——當前時刻測點計算值（即相對變形展示值），

KPa或mm；

hi---測點當前時刻測量值，KPa或mm；

ho——測點初始時刻測量值，KPa或mm；

Hi——基點當前時刻測量值，KPa或mm；

Ho——基點初始時刻測量值，KPa或mm（0.OlKPa對應

高度變化為1mm）o

設備安裝

1、安裝前的準備

（1）靜力水準儀檢測

現場收貨后立即對靜力水準儀進行測試并記錄，看是

否運輸過程中損壞；測試過程中可以順便對靜力水準儀進

行編號并標記。檢測方法詳見使用說明書。

備注：若測值在未有明顯擾動情況下跳動較大（變化

幅度超過0.05KPa）,不得在項目現場使用，檢測過程應輕

拿輕放，嚴禁磕、摔、碰、撞。水箱內可能在倉庫存放時

間過長，導致灰塵、蟲子，使用前需要清洗。

（2）安裝點位確定

①通過方案或業(yè)主確定現場的安裝點位，看是否與了

解的有出入。

②確定基點、測點的具體安裝位置、安裝高度。

基點應選擇離沉降點位最近的穩(wěn)定的點，現場安裝

前，儀器安裝點位需進行高程測量，靜力水準儀安裝位置

安裝水平線應精確控制，各測點之間標高相對誤差在10mm

內（安裝后靜力水準儀高度誤差在10cm以內），保證后續(xù)

靜力水準儀的量程使用率最高。高程確定有以下兩種方

法：

a.水準儀測量。水準儀通過調平，使得看到的都

是同一水平面，如下圖所示水準儀前后都擺放的有水平

尺，水準儀高差讀數為后視讀數減去前視讀數；B點前

視尺讀數為b,A點后視尺讀數為a,兩點之間高差

hab=Ha-Hb=a-b；

圖6-2水準儀測量示意圖

市政的橋梁安裝一般都是側壁安裝，難以在一個面上

標記水平點，可以在市政的橋梁圍欄上標記，安裝的時候

下放相應高度即可。

圖6-3市政的橋梁高程測量示意圖

b.水管超平。水管超平使用的是連通器原理：在

相同的大氣壓強下，對開口的連通器注入同一種液體，

在液體不流動時連通器內各容器的液面總是保持在同一

水平面上。

圖6-4水管超平原理示意圖

口確定采集箱的位置

采集箱位置要方便靜力水準儀走線，方便接入電源，

信號強度達標。查看信號強度的方法：對于安卓手機，將

手機從4G模式改成3G然后點擊手機設置一關于手機一狀

態(tài)信息一sim卡狀態(tài)，查看到信號強度如下圖:

基站附近：-50dBm-0dBm

信號正常：-90dBm-60dBm

信號不好：-lOOdBm90dBm

信號弱：?110dBm~?100dBm

信號差（無信號）：?110dBm以下

圖6-5信號強度測試圖

④確定走線方式。

2、轉點設置

如果橋體本身呈弧形，則需要測量高程來決定靜力水

準儀的量程或者選擇是否增加轉點。一條水路因高差過

大，導致靜力水準儀怎么安裝都超出量程，則需鋪設多條

水路；原則來說，轉點越少越好，因為轉點的數據計算方

式，轉點以后的靜力水準儀受轉點影響導致測量累計誤

差。

轉折點的設置原則：安裝在離第二條水路最近的第一

條水路的測點正上方或者正下方。如下圖所示，測點CD2

與它前一測點CD1之間的高程差過大，需要設置轉點，將

轉點設置在CD1的正上方，如此，轉點與CD1檢測同一點

位的沉降，利用組合公式將轉點與第一條水路聯系起來。

轉點的組合方式配置，如圖：

OOCD2

CD4CD3..

JD

CD1

氏?3蹤圖

/

監(jiān)測因素:沉降分俎監(jiān)測///

類型：實體///

是否啟用：是///

歸屬DTU編號:98s45039///

模塊號：3///

通道號：1//Z

產品類型：江差可方力水典/

產品型號：FS-JUfe//

位或：靜沙準必3/

采集延時(s):2(Z/J

計舞公式：|Base-(RefS-RelB)|

公式說明：也Nin客莖HdMnHrtX)以皇點計H公式

參效：初值(kN):0

圖6-6轉點組合方式配置圖

C1-C4：測點

Base：活動基點值

RefS：遠端測點值

RefB：遠端基點值

3、靜力水準儀安裝方式解析

(1)先安裝再通液。把水管、靜力水準儀全部連接

好，先不密封最后一個靜力水準儀水路出口，使水箱液體

通過大氣壓力流入水管內；在水路末端處用一個桶接流出

的液體，在通液過程中，按靜力水準儀排氣鈕來排除氣

泡，提前把此靜力水準儀的氣泡排除，最后在排液體的過

程中對接封閉式水管即可！(此方法適用于水管落差較大

的情況下，落差不大的工況，可能會使得液體流入速度過

慢，導致增加現場工時！）

（2）先通液再安裝。在安裝前把水管全部通滿液體，

待安裝時將水管剪斷接入靜力水準儀，再安裝在測點上，

安裝時從靠近水箱的安裝點開始安裝。此方法適用于水管

落差大的情況，但缺點是水路中氣泡要按壓靜力水準儀上

排氣鈕慢慢來排除干凈。

（3）先裝水路、再通液，最后安裝靜力水準儀。先將

水管手拉手連接各靜力水準儀的水路接口，在安裝靜力水

準儀的位置用扎帶扎緊，再通液，將水路中的空氣排出，

先從靠近儲液罐一端的靜力水準儀開始排氣泡排向下一個

安裝點，如此重復，靜力水準儀安裝完畢，氣泡也隨之排

除完畢。

4、設備安裝

（1）安裝橋架。設計好水路就可以確定橋架的具體安

裝位置，橋架可以不用安裝在同一水平面。如圖，先打孔

安裝橋架的固定支架，然后用橋架組件將兩根橋架拼接起

來，沿橋架鋪設方向，在兩根橋架尾部連接相應組件；

（2）抄平放線、記錄點位。首先按照圖紙確認靜力

水準儀安裝位置，然后用水準儀或水管抄平方法，在安裝

位置標記出水平點，使用墨斗在確定好的兩個水平點之間

彈一條墨線，如下圖所示。

圖6-8抄平放線示意圖

(3)安裝靜力水準儀支架。支架是采用L型結構?？?/p>

根據實際工況靈活應用安裝方式，因靜力水準儀可側面安

裝。為保證安裝后水路平整，在安裝支架打孔定位時直接

按照墨斗標記位置安裝。

00

圖6-9側面安裝示意圖

在電錘鉆頭上用記號筆或膠帶標記出鉆孔深度，鉆孔

深度應為膨脹螺栓底部至頂部螺母下邊沿長度，且電錘選

用直徑為①12mm鉆頭，然后在標記的位置處鉆出2個安裝

孔，用打氣筒把安裝孔內雜質及灰塵吹出，并用530清潔

劑把安裝孔周圍及整個安裝面擦拭干凈，在①8膨脹螺栓外

部及內部(膨脹管與螺栓間空腔間隙)均勻涂抹結構膠，

然后塞入安裝孔內，接著把螺帽擰緊2-3圈后感覺膨脹螺

栓比較緊而不松動后擰下螺帽，再把安裝支架圓孔對準膨

脹螺栓嵌入，然后逐個安裝每個膨脹螺栓墊片、彈簧片及

螺母，并擰緊。

(4)安裝保護罩。安裝完支架后用記號筆標記保護罩安裝

位置，按照安裝靜力水準儀支架的方法鉆孔和安裝保護

罩。

(5)安裝儲液罐支架。安裝儲液罐支架位置要保證儲液罐

的出水口高于引壓口的位置，水箱液面與靜力水準儀引壓

口的高度差不能超過靜力水準儀量程(可以通過控制液面

的高度達到滿足量程的目的，最好安裝開始前大概算

下)。

(6)水路鋪設。此步重點在于水管是放入橋架中的，

完成所有靜力水準儀的接入，接好后的水管放入橋架內。

液體粘性大流動緩慢，一般采用先通液后安裝的方

式。水路鋪設前先將靜力水準儀手拉手方式連接，用PVC

管刀剪斷水管，水管切口需平整，水管連接到儲液罐出水

口。在安裝前將水路內部灌液體，在經過靜力水準儀時不

斷按壓靜力水準儀上的排氣鈕排除內部氣泡；亦可安裝靜

力水準儀后對水路灌液體，然后液體在通過靜力水準儀時

按壓靜力水準儀上的排氣鈕將靜力水準儀水路腔里空氣排

盡。

安裝最后一個靜力水準儀時將已經灌滿液體排完氣泡

的靜力水準儀水路出口上連接封閉式水管，即在末端水管

不斷排液時將封閉式水管接入靜力水準儀出水口上，接入

速度要快，盡可能的減少氣泡的產生。

通液時，水箱液面必須高于出水口，低于出水口會有

空氣進入水管，在液體流過靜力水準儀后，可以通過按壓

靜力水準儀排氣鈕排氣，切記不能敲打靜力水準儀，敲打

靜力水準儀會造成容易損壞。如果液體不流動，可以在源

頭處用小泵加注液體，如果用平包塑料金屬軟管防護水

管，在靜力水準儀接入處建議不完全封閉，以便于查看氣

泡，后續(xù)封閉可考慮用波紋管開口保護。

(7)氣路鋪設。監(jiān)測系統的重點就在于氣路封閉，因

此水箱上的出氣口需接入三通，各靜力水準儀的氣管接口

用手拉手連接方式，最后一個靜力水準儀氣管通過水箱上

三通連接成回路即可。

(8)注意事項。

a.水管的切口必須剪得平整；

b.水管不能出現彎折，如果水路有拐角，可以把

水管呈一定角度，如下圖所示。

6.2.2應變監(jiān)測

市政的橋梁結構的應力監(jiān)測是通過對應變監(jiān)測間接實

現，主要監(jiān)測市政的橋梁結構關鍵截面的受力情況，以了

解結構的長期或瞬態(tài)的受力情況。對于各市政的橋梁監(jiān)測

段，受自重以及其他荷載的作用，會產生一定的應變，而

應變是應力的間接反映。大橋橋面受荷載的影響大，因此

對橋面有代表性斷面的應力進行監(jiān)測，可以了解作為主要

承力構件的受力狀態(tài)，及時診斷市政的橋梁的病害，對市

政的橋梁結構進行疲勞分析十分必要。橋體作為主要承力

結構，受力是非常重要的，必須加強應變的監(jiān)測。

測點布設

真武路瀟河大橋監(jiān)測點布設在主梁關鍵斷面的頂部、

底部的中間和兩側，斷面布置在5個支座處及4個跨中位

置，共9個斷面。每個斷面布設8個測點，共布設72個監(jiān)

測點位。大運路瀟河大橋監(jiān)測點布設在主梁關鍵斷面的頂

部、底部的中間和兩側，共5個斷面。每個斷面布設8個

測點，左右兩幅共布設40個監(jiān)測點位。具體點位布置可根

據現場進行調整。

監(jiān)測設備

結構應變采用表面應變計，該儀器主要應用于公路、

市政的橋梁、民用建筑、隧道、地鐵等混凝土、鋼構、鋼

筋及錨桿的應力測量，具有防水性能好、不受外界環(huán)境影

響、溫度性能穩(wěn)定等特點，具體技術參數指標如表所示：

表6-3振弦式表面應變計技術參數

監(jiān)測設備名設備型

技術指標設備圖片

項稱號

測量范圍±150

0/Z￡；靈敏

度：0.5〃￡；

應變表面式FS-

工作溫度：-2

監(jiān)測應變計BM15

0?+70口；測

溫精度：±0.

5口

由于是振弦類產品，故采用多通道振弦采集儀進行采

集，具體參數如下表所示。

表6-4多通道振弦采集儀

監(jiān)測設備名設備

技術指標設備圖片

項稱型號

通道數：16通道；

多通道

應變FS-分辨率：頻率

振弦采

監(jiān)測F160.01Hz、溫度

集儀

0.01□

精度：頻率

0.05Hz、溫度

±0.5口

采集范圍：

400-3800Hz

6.243監(jiān)測原理

振弦式應變計主要由夾弦器、鋼弦、線圈以及安裝頭

組成，其中鋼弦通過夾弦器與兩端安裝頭相連，鋼弦上被

預加一定張力固定于傳感器內。根據經典弦原理，當弦長

一定時，鋼弦固有頻率的平方同弦的張力成正比關系，而

鋼弦的張力同鋼弦的應變成正比關系，也就是說鋼弦固有

頻率的平方同鋼弦的應變也成正比關系。當被測結構物由

于外力作用產生形變，并通過應變計兩端安裝頭傳遞至鋼

弦使其應變量發(fā)生變化，從而導致鋼弦固有頻率亦隨之改

變。通過測量鋼弦頻率的變化，即可得知被測結構物的應

變變化量。

設備安裝

安裝前準備

(1)表面應變計檢測

用便攜式單通道振弦采集儀逐一采集各應變計出廠頻

率，每個表面應變計各采集5組數據，頻率在一定范圍內

且波動小。

(2)安裝方向確認

安裝前，確保安裝方向正確。

儀器的安裝

(1)在測點區(qū)域位置選取表面應變計安裝點，并利用

角磨機對安裝點表面進行打磨，以保證表面應變計安裝面

平滑；

(2)把表面應變計按照平行于被測結構物應變監(jiān)測方

向置于測點安裝面上，使用記號筆通過表面應變計兩端安

裝頭上圓孔標記出安裝孔位置；

(3)在表面應變計安裝孔標記處中心鑿出一小凹槽，

防止后續(xù)電錘鉆孔時打滑偏位；

(4)在電錘鉆頭上用記號筆或膠帶標記出鉆孔深度，

鉆孔深度應為膨脹螺絲底部至頂部螺母下邊沿長度，且電

錘選用直徑為中10mm鉆頭，然后在第(2)步標記的位置

處鉆出3個安裝孔；

圖6-16鉆頭上做記號

圖6-17孔深的確定

(5)用氣吹把安裝孔內雜質及灰塵吹出，并用酒精棉

把安裝孔周圍及整個安裝面擦拭干凈；

圖6-18吹出雜質

(6)在M6膨脹螺絲外部及內部均勻涂抹環(huán)氧樹脂

膠，然后塞入安裝孔內，接著把螺帽擰緊2-3圈后感覺膨脹

螺栓比較緊而不松動后擰下螺帽，再把表面應變計兩端安

裝頭圓孔位對準膨脹螺絲嵌入，然后逐個安裝每個膨脹螺

絲墊片、彈簧片及螺母，并擰緊；

(7)表面應變計兩端螺母擰緊過程中應交替進行擰

動，不可一端擰緊后再擰緊另一端，同時在表面應變計兩

端螺母擰緊過程中，還需用便攜式單通道振弦采集儀不間

斷采集應變計頻率，以保證應變計兩端螺母擰緊后輸出頻

率值與安裝前頻率值之差控制在-80?+80Hz以內；

(8)記錄應變計安裝信息，如儀器編號、安裝日期、

測點編號等，填入對應表內。

(9)24小時候后，在被測結構物無外界因素影響下,

讀取表面應變計數據，每個應變計共讀取5組數據，取其

平均值作為安裝初始值記錄。

說明：表面應變計初始讀數需在安裝完畢后采集。

6.2.3索力/吊桿監(jiān)測

斜拉橋屬高次超靜定結構，所采用的施工方法和安裝

順序與成橋后的主梁線形及內力狀態(tài)有密切關系，且在施

工階段隨著斜拉橋結構體系和荷載工況的不斷變化，結構

內力和變形也隨之不斷變化。結構每個節(jié)點坐標的變化都

會影響結構的內力分配，梁橋線形一旦偏離設計值，勢必

導致內力偏離設計值。另外，主梁、索塔和拉索之間剛度

相差十分懸殊，受拉索垂度、溫度變化、風力和日照影

響、混凝土收縮徐變等復雜因素干擾等，使力與變形的關

系十分復雜，特別是斜拉索的存在，使得設計計算和施工

控制更加復雜。斜拉索類似預應力作用，必須進行張拉才

能有效發(fā)揮作用。索力的大小對結構受力的影響很大，而

索力又通常在施工過程中進行有限次張拉后確定。由于施

工設備數量等條件限制，張拉只能逐根或分組進行。斜拉

索的張拉及索力的大小對整個斜拉索的受力有很大的影

響，其中包括對其他未張拉拉索的影響。因此，索力是影

響斜拉橋受力的一個核心因素，故除了在施工過程中需對

索力監(jiān)測外，在運營期也需對索力進行監(jiān)測。

測點布設

測點布設在所有斜拉索處，每根布置一個磁通量傳感

器。

6.232監(jiān)測設備

索力監(jiān)測使用的傳感器為磁通量傳感器，主要運用于

斜拉橋斜拉索的索力測試、系桿拱橋吊桿和系桿的索力測

試、懸索橋的纜索體系的索力測試、懸索結構拉索的索力

測試，以及巖土工程的地錨索力測試、水電工程的環(huán)錨索

力測試。具有精度高、抗干擾性能強、對荷載變化反應靈

敏、重復性好、結構耐用、安裝方便，且維護成本低、使

用壽命長，可進行無損檢測，具體參數指標如下所示。

表6-5磁通量傳感器技術指標

監(jiān)測設備名設備型

技術指標產品圖片

項稱號

FS-

拉索磁通量規(guī)格：內徑18-

CCTB-

索力傳感器270mm

220

測量范圍：0-屈

服應力

接線