湖北桥梁结构健康监测技术方案

 湖北桥梁结构健康监测技术方案

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结构健康监测--施工过程温度、湿度及气压监测： 对于高建筑结构，由于日照变化、季节变化、空调因素等将可能使某些构件产生很大的温度应力，为了准确的把握结构构件的温度变化以及由此产生的结构内力效应，需要在构件上布置温度传感器观测塔楼环境的温度变化，包括日温度变化和季节温度变化。温度计的设置及数量应能够反映塔楼高度方向和塔楼周边的温度主要分布情况。 1.1 测点布置。 温湿压一体变送器需要按照考虑季节温差、日照温差、应变补偿等原则进行布设。拟采取测点布置原则如下： 1) 沿建筑物立面高度第14、36、56、87、118层设置温度、湿度及气压测量区。共计5个测量层，用以测量不同建筑高度的温度变化。 2) 建筑物各立面分别设置温度、湿度及气压测量点，用以测量不同日照情况下的温度、湿度及气压变化。巨柱的室内与室外表面分别各布置一个温度、湿度及气压测点，用于测量巨柱的温度变化。核心筒中部布置一个温度、湿度及气压测点，用于测量核心筒的温度、湿度及气压变化。 3) 综上，共需布置温度、湿度及气压测量点104个。 1.2 监测时间和监测频率。 某温度、湿度及气压测量层施工完毕后，即开始针对该层温度、湿度及气压测点进行不间断的温度、湿度及气压测量，测量频率定为5天/次。 1.3 监测系统布置. 温度、湿度及气压测量系统为传感器—子站—站的数据传输形式。共设置5个温度测量层，分别为第14层、第36层，第56层，第87层以及第118层。温、湿度及气压传感器的信号类型为直接电压输出，其有效传输距离可达1000m，因此，可以直接接入数据采集卡。其信号传输介质为普通单芯屏蔽电缆 。湖北桥梁结构健康监测技术方案

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通际质量检测是一家*的检验检测第三方实验室，在江苏、浙江、山东、湖北都设有办事处。通际检测拥有有资质工业检验的*团队，可以进行钢结构等工业现场检验。而货架的本质也是钢结构，检测中心应企业对于货架安全检测的需求，开展了此项服务。通际检测是华东区开展货架检验的较早的第三方检验检测公司。业务开展以来，为很多企业执行了货架检测，比如金龙鱼、嘉里粮油、光明乳业、达能、虎头电池、中外运等等 。

桥梁结构健康监测的现状与发展方向：目前我国桥梁养护单位由于经济条件的制约，桥梁结构健康监测开展并不普遍，仅在徐浦大桥、南京长江第二大桥、润扬大桥等有一定影响的特大桥中采用，并且普遍存在着监测项目种类不足的情况。在监测数据的管理方面，没有一个较为完善的数据存储与管理系统，大量的监测数据得不到妥善的处理与利用。并且，现有的桥梁结构监测和状态评估系统大多属于单一的监测系统或者是单一的管理系统。随着经济的发展和管理部门对结构安全监测认识的进一步提高，桥梁健康监测技术将越来越趋向于普遍化、智能化、实时化、网络化。 普遍化，随着国内大型桥梁的不断建成，管理者对做好桥梁的运营、养护，随时了解桥梁结构的健康状况，及时对桥梁进行安全评价的要求日益迫切，并给与高度重视和经济支撑，使桥梁健康监测系统得以广泛应用。 智能化，通过开发和应用高性能智能传感设备，达到进行自感知、自适应、自诊断、自愈合和智能传输测试的目的。 实时化，能及时掌握桥梁工作状态，消除人工检测的滞后性和低效性。能准确判别桥梁安全性能、使用性能和资金使用效率之间的*化临界点，避免重大事故的出现和资源的浪费。 网络化，桥梁实时监测系统的网络化可以实现监测数据的共享，以便各地*对桥梁状态的评估，更可实现对远离城市桥梁的自动实时监测，实现良好的社会效益和经济效益 。湖北桥梁结构健康监测技术方案 结构健康监测-施工过程标高监测 水平截面的倾斜度将直接影响结构的后续施工，应测量各控制截面监控点的标高以确保该截面的水平度。监控点的坐标测量也是本施工监控项目的重点。 1.1 监测控制网的建立 由于施工方已经建立了测量控制网，监控方在对测量控制网复核后，利用其外围控制网建立不同于施工方的内部网，以便将关键点的测量与施工方的结果进行比较。 在施工监控开始前，首先对施工方建立的施工平面控制网和高程控制网进行复测，高程和平面观测采用《建筑变形测量规程》中的二级变形测量精度指标，即：标高观测中观测点测站高差中误差不大于0.5mm;位移观测中观测点坐标中误差不大于3.0mm。高程基准网按《城市测量规范》中二等水准测量要求进行，采用精密水准仪，视线长度不大于50m，前后视距差不大于1.0m，任一测站前后视距累积差不大于3.0m。监控方在对测量控制网复核后，利用其外围控制网建立不同于施工方的监测控制网。以下各标高、坐标监测项目均是基于复测后的控制点进行。 1.2 监测时间和监测频率 水平度的测量须结合标高测量，并且在日出之前进行，以消除结构由于日照作用导致的不均匀温度分布所带来的影响。 由于核心筒与巨柱施工不同步，因此同一设计标高处的核心筒与巨柱施工是一前一后的，这就有可能导致标高不匹配的问题，从而使得连接核心筒和巨柱的伸臂桁架产生较大的内力，这对于结构是非常不利的，所以在进行标高监测时应确保同一区域内的巨柱和核心筒上的测点要同期实时观测，并及时记录对比。若出现标高不匹配的情况，可采取合适措施严格控制伸臂桁架的合拢时间，确保施工安全进行 。

结构健康监测--施工过程温度、湿度及气压监测： 对于高建筑结构，由于日照变化、季节变化、空调因素等将可能使某些构件产生很大的温度应力，为了准确的把握结构构件的温度变化以及由此产生的结构内力效应，需要在构件上布置温度传感器观测塔楼环境的温度变化，包括日温度变化和季节温度变化。温度计的设置及数量应能够反映塔楼高度方向和塔楼周边的温度主要分布情况。 1.1 测点布置。 温湿压一体变送器需要按照考虑季节温差、日照温差、应变补偿等原则进行布设。拟采取测点布置原则如下： 1) 沿建筑物立面高度第14、36、56、87、118层设置温度、湿度及气压测量区。共计5个测量层，用以测量不同建筑高度的温度变化。 2) 建筑物各立面分别设置温度、湿度及气压测量点，用以测量不同日照情况下的温度、湿度及气压变化。巨柱的室内与室外表面分别各布置一个温度、湿度及气压测点，用于测量巨柱的温度变化。核心筒中部布置一个温度、湿度及气压测点，用于测量核心筒的温度、湿度及气压变化。 3) 综上，共需布置温度、湿度及气压测量点104个。 1.2 监测时间和监测频率。 某温度、湿度及气压测量层施工完毕后，即开始针对该层温度、湿度及气压测点进行不间断的温度、湿度及气压测量，测量频率定为5天/次。 1.3 监测系统布置. 温度、湿度及气压测量系统为传感器—子站—站的数据传输形式。共设置5个温度测量层，分别为第14层、第36层，第56层，第87层以及第118层。温、湿度及气压传感器的信号类型为直接电压输出，其有效传输距离可达1000m，因此，可以直接接入数据采集卡。其信号传输介质为普通单芯屏蔽电缆 。

结构健康监测--施工过程监测的内容： 1) 风荷载监测。 包括两部分内容，其一是指塔楼顶部在结构主体封顶至施工结束工程竣工阶段，针对建筑物所承受风荷载作用的监测。其二是指塔楼某部分在该部分施工结束至工程竣工期间内该部分建筑物在承受外部风荷载作用下的表面风压的监测。 2) 温度监测。 设置五个温度测量层，本项监测是指施工全周期内，测量层各测量点在该层施工完毕至工程竣工阶段，针对结构表面和结构体内温度变化的监测。 3) 位移监测。 是指建筑物各个关键位移控制点，包括塔体以及塔顶等，在该关键点施工完毕至全部结构竣工期间内，各施工阶段该关键点各向位移的监测。 此项监测采用两种方法分别进行： GPS以及倾角仪系统。各种方法的监测数据进行对比分析与融合。 4) 加速度监测。 主要是指结构在竣工投入使用后，各加速度监测点随在结构运营期间加速度响应的监测。动力响应传感器数量及布置应能获取使用阶段不同结构状态下结构的X向平动、Y向平动和扭转，周期、振型和阻尼比。传感器类型以加速度计为主、辅以必要的速度及位移传感器作为校核。 5) 应变监测。 是指施工全周期内，测量层各监测点在该层施工完毕至工程竣工阶段，针对结构构件随施工过程应力应变的监测。 6) 标高监测。 是指施工全周期内，针对塔体各层各关键点随施工过程结构标高的监测。 7) 垂直度监测。 是指施工全周期内，针对塔体各关键点随施工过程垂直度的监测。 8) 沉降监测。 是指施工全周期内，针对塔楼基础以及塔体各关键点随施工过程沉降的监测 。Kbdc2ql88

结构健康监测- 结构模态分析： 结构动力特性不仅与结构当前的工作状态有着密切的直接联系，而且也是进行结构模型修正的重要参考因素。结构自振频率、振型和阻尼比可以针对动力响应实测数据(加速度、速度以及位移传感器实测得到的振动信号)进行频谱分析获得。由于传感器测试的数据往往包含了周边环境噪声的成分，同时结构属于频率密集型结构，在此背景下，直接针对动力响应实测数据进行频谱分析，确保由此方法获得的结构模态特征参数的准确性就显得比较困难。 为此，除了采用FFT变换和功率谱法分析结构的频谱特性之外，还采用小波变换和Hilbert-Huang变换来分析结构的时频特征，小波变换和Hilbert-Huang变换可以从结构的振动信号中分离出较密集的结构自振频率。此外，由于噪声的影响，使每一次测试得到的结构频率和振型均存在一定的差别，为此，我们采用统计分析的方法确定结构的频率和振型的概率分布。 另外，由于安装过程在结构内部引起的自平衡的初始安装应力，温度变化在静定结构内部引起的温度应力等都会导致结构动力特性的变化。考虑初始安装应力的实际影响，通过施工过程的跟踪监测可以获知竣工结构内部的安装应力分布特征及规律，在此基础上基于动力响应实测数据的结构模态分析结果很可能与结构理论计算得到的结果不一致，由此进行的有限元模型修正可以保证计算模型能更真实的反映结构的实际工作状态。考虑温度变化的实际影响，在不同温度场下测试分析获得结构的自振频率，找到温度对结构频率影响的规律，从而在对有限元模型进行修正时，剔除温度的影响 。

XXXX中心主塔楼结构健康监测主要包括两个阶段工作：施工过程的监测和运营阶段监测。监测内容主要包括：地震作用监测、风荷载监测、位移监测、加速度监测、温度监测、应变监测、标高监测、倾斜监测和沉降监测。 本项目设计的结构监测系统将实现如下功能目标： 1.能够对结构使用过程中的风速、风向、气温、湿度、气压等状态进行实时同步监测; 2.能够对结构使用过程中结构关键构件局部应变、结构楼层加速度响应、结构顶部风致位移状态进行实时监测; 3.能够对结构使用过程中的地震动及结构的局部风压进行实时同步监测; 4.可以对结构进行动力特性监测和状态识别，得到结构自振频率、振型、阻尼比等; 5.能够对结构在强风过程中的工作状态进行同步监测记录，并实时显示; 6.能够对结构使用过程中的应力界、振动幅值界进行报警; 7.能够对结构出现较大的动力特性改变进行报警; 8.能够实现结构响应状况连续稳定的监测; 9.具备数据挖掘功能，可对大量数据集进行寻找和分析，提取和校验数据、创建与调试模型、对数据模型进行数据查询以及维护数据挖掘模型的有效性; 10.中心数据库的数据管理功能(存储、打印、显示等) 。

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