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谈桥梁健康监测(2/5)-方案设计决定成败

导读
上一篇我与大家讨论了☞当监测遇上5W1H分析,怎么破?基本认识了什么是桥梁健康监测,接下来将与大家展开讨论一下其相关技术。
应该说,监测系统中的方案设计是决定一个监测系统成败的关键。一般来讲,一个成功的桥梁健康监测系统的方案主要由四大部分组成,即结构、机电、软件、施工。下面我以中小跨径梁桥为例展开介绍这四部分的内容。
 
一、结构工程
 
此处的设计应该是整个健康监测系统的重中之重,其他都是为此服务的。具体内容包括:
了解桥梁运行现状。需要的基础资料一般包括三部分:基本设计文件、近期检测报告和近期荷载试验报告,重点关注病害多发位置、是否存在单向板受力等。只有理论分析和实际检测结果相结合才能对症下药,开好桥梁的化验单。
明确监测目的。我们切忌目标设定过高,神化健康监测,要根据现状制定合理的监测目标,如对于中小跨径桥梁,车辆荷载实时高频响应是监测重点,一是能捕捉桥梁结构在突发事件(强风、地震和船舶撞击)下的响应,即突发性损伤;二是及时发现在长期运营过程中累积的疲劳损伤,即累积性损伤。
设计监测内容。此处起到承上启下的作用,从监测目的出发,应选择合理的监测项,结合现状分析和结构特点分析,确定测点数量和位置,根据数据处理的要求设置合理的采样频率。对于中小跨径桥梁来说,可选择动挠度和动应变作为主监测项,在跨中和主行车道布置挠度测点,在应力集中区域布置应变测点。根据采样定理的要求,为保证时域不失真,频域不出现频率混叠的现象,采样频率应至少为分析频率的5倍以上。
 
△ 监测内容设计
 
二、机电工程
 
机电工程主要解决了传感器、信号采集传输的问题,主要内容包括三方面。
传感器选型:根据监测项和采样频率的要求,选择合适的传感器。以动挠度监测和应变监测为例,目前的传感器选型主要考虑的因素见下表:
 
传感器选型参考
 
 
数据采集硬件设备:根据传感器种类、数量、信号特征、信号采样频率、I/O数据吞吐量及对信号的预处理等要求,决定数据采集硬件系统的基本方式和具体硬件设备的选择,遵循标准协议和标准接口,作为向传感器发送采集指令的载体与通道。
智能网关设备:通常采用嵌入式系统,实现传感信号的可靠转换、时间同步、数据前处理、边缘计算、远程可控、可扩展等功能。一般与传输系统统一设计,采用集中式或分布式传输,通过4G或光纤网络技术传输。

△ 智能网关设备
 
三、软件工程
 
软件工程是整个系统的出口,通过图形化的交互操作,查看监测系统的最终成果,主要包括:关系数据库的设计、数据存储设计、数据安全机制设计、用户界面设计等。这部分具体的设计属于软件工程师的工作内容,超出笔者认知范畴,就不在此献丑了。
从应用的角度来看,应实现的功能包括:系统管理、安全认证、数据高效存储、高性能访问、报警服务、丰富的前处理算法、可自定义的数据后处理、界面友好的展示系统。
 
△ 软件功能应用
 
四、施工工程
 
在方案设计阶段,施工工程主要是施工图的绘制,包括以下三个方面。
 
△ 施工工程设计
 
说明部分:设计说明、图例说明、编码说明;
传感器布置及安装:总体布置图、各监测项布置图、设备安装图;
数据采集传输系统:系统图、采集站布置图、硬件索引表、线缆索引表、电气原理图、采集站内部设备布置图、接线图、线缆路由图。在这就不一一详述了。
 
下篇预告:监测系统中方案设计环节的内容就与大家分享到这,下一篇我将与大家讨论一下健康监测系统中施工工程的相关话题,敬请大家交流指正。

作者简介
 
张硕玉
路安交科(北京)监测科技有限公司技术工程师
毕业于北京工业大学
硕士学位
桥隧检测师
发明专利2项
主要从事基础设施智慧管养和智能监测相关工作
主持参与了城市桥梁智慧管养平台、布达拉宫健康监测平台等多项软件开发工作
参与了多项行业技术规程的编制;参与了华清大桥、金城公铁立交大桥等多个大桥的健康监测工作