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BIM技术的沌口大桥全寿命安全监测系统。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，辅以GIS、物联网技术，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：

（一）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；

（二）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；

（三）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；

（四）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；

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见表2.1：

（二）监测传感器设计图

桥梁健康监测系统传感器设计图见图1。

图1  监测传感器设计图（1/2跨）

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，见图2。

图2  钢箱梁应力监测界面

（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，见图3。

图3  斜拉索索力监测界面

（三）主梁挠度监测

图4 主梁挠度监测界面

（四）主塔倾角监测

图5  主塔倾角监测界面

（五）支座、阻尼器和主塔位移监测

支座和阻尼器是上部结构梁体与下部结构桥墩相连接的组件，他们的活动数值体现出梁体的伸缩量和整体位移量，当每个支座和阻尼器位移监测数据不符合梁体的正常伸缩和位移范围时，就需要依次检查支座和阻尼器、梁体及两端伸缩缝、桥墩等结构查找原因，见图6。

图6  支座、阻尼器和主塔位移监测界面

（六）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，见图7。

图7   自动形成报表

（七）监测传感器的使用寿命

图8   传感器剩余寿命预测