西堠门大桥结构监测系统的设计与实现(Ⅰ)：系统设计
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要 有 电阻应变 计 、 弦式 应 变传感 器 、 振 光纤 光栅应 变 计等； 电阻应 变计 动 态性 能好 ， 漂 移 较 大 ， 弦 式 但 振 应 变传感 器 和光纤 光 栅 应 变 计 漂移 较 小 ， 态 性 能 静 优 良 ， 线光 栅应 变 计 还 可 用 于监 测 动 应 变 。应 变 光
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９ 中国工程科 学 ６
２ 结构 监测系统设计原 则
桥 梁结 构监 测系统 的 总体设计 主要 包括 监测 内
容和 功能设 计两 个方 面 。
优 良的伺服式加速度计 ； 应力应变常用 的传感器主
及结构 损伤识 别 方法 的研 究 较 多 ， 有关 特 大 桥结 但
久性 ， 在新 建和 已经 建成 使 用 的 大跨 度 桥 梁结 构 上 急需 采用有 效 的手段 监 测 和评 定 其 安全 状 况 、 复 修 和控 制其损 伤 ¨ 。 欧美等 发达 国家在 二十 世纪八 九十 年代末期 开
一
般来说 ， 梁结 构 监 测 系统 主 要包 括 传感 器 桥
子系统 、 数据采 集 与传 输 子 系 统 、 数据 管 理 子 系统 、 结构状 态识 别与综 合 评估 子 系统 ， 述 各个 子 系统 上 分别涉 及不 同 的硬 件 和 软件 ， 要 通 过 系统 集成 技 需 术将它 们集成 为一个 协调 共 同工作 的大系统 。桥梁
系统 、 数据 采集 与传输 子 系统 、 数据 管理子 系统 以及 结构状 态 识别与综 合评 估子 系统 的设计方 法和 功能
表明， 在经 济腾 飞时 期 建造 的桥 梁结 构 的性 能退 化 最 快 。因此 ， 国政府 、 我 工程 技术人 员 以及科技 工作 者特别 重视 目前 已经 和正在 建造 的大型桥 梁结构 的
传输子系统、 数据管理子系统以及结构状态识别与综合评估子系统的设计方法和功能要求。
［ 关键词 ］ 桥梁 ； 结构监测 系பைடு நூலகம் ； 设计方法 ； 系统集成
［ 中图分类号 ］ Ｕ ４ ． ；４ ７ ［ ４５７Ｕ４ 文献标识码 ］ Ａ ［ 文章编号 ］ １０ ０ ９—１４ （００ ０ ０９ ０ ７ ２ ２ １ ） ７— ０ ６— ５
始在 桥梁结 构上 布设 结 构 监测 系统 ， 以把握 桥 梁 结 构 的服役安 全状 态 。发达 国家桥梁 建设 和服役 经验
构监测系统的设计 、 集成与实现 的研究较少。文章 以西堠 门大桥为依 托 主要研究 了桥 梁结构监 测系统 的设计 原则 ， 阐述 了桥梁 结 构 监测 系 统 的传 感 器子
服役安全 ， 积极推动桥梁结构安全保障技术的研究、 应用 和发展 。由于结 构监测 系统 能够记 录和分 析桥
【 稿 日期 ］ ２ １ ４— ０ 收 ０ ０—０ ２
要求 ， 并着重研究 了基于工业以太 网的分布式桥梁 结构监 测 系统 的架构 。
【 基金项 目］ 国家科技支撑计划项 目（ ０８ Ａ ０ Ｂ ５ ２０ Ｂ Ｇ ７ ０ ） ［ 作者简介 ］ 刘 志强（９ ６一） 男 ， １７ ， 山东海阳市人 ， 高级工程师 ， 主要研究领域为桥梁结构监测技术 、 系统集成 ；
因此 ， 了保 障结 构 的 安全 性 、 整性 、 用 性 与 耐 为 完 适
结构监测系统涉及多 门学科领域 ， 系统的设计与构 建 比较 复杂 ， 系统 本身 的构 成不 仅 与 其性 能 和 功能
有关 ， 还需要 考虑 其未来 运 营和养护 管理情 况 。 目前 国 内外 在结 构 监 测领 域 ， 智 能传 感 器 以 对
期效 应 、 劳效应 与 突变 效 应 等 灾 害 因素 的耦 合 作 疲 用将 不可避 免地 导致结 构和 系统 的损 伤积 累和抗 力 衰减 ， 而使抵 抗 自然灾 害 、 至正常 环境作 用 的能 从 甚 力 下 降 ， 端 情 况 下 容 易 引 发 灾 难 性 的 突发 事 故 。 极
西堠 门大桥结构监测系统的 设 计 与实现 （ ） 系统 设 计 Ｉ：
刘志强 ，李 娜 ，冯 良平 ，张革 军
（ 中交 公 路 规划 设 计 院 有 限公 司 ， 京 １０ ８ ） 北 ０ ０ ８
［ 摘要 】 研究 了西堠 门大桥结构监测系统的设计原则 ， 阐述桥梁结构监测系统 的传感器 子系统 、 数据 采集与
传感 器 按照热 点应 力法 进行 布设 。
３ ２ 传 感器选 型原 则 ．
对 于 大桥 和 特 大 桥 ， 投 资 规 模 较 大 、 要 性 其 重
高 、 役期 较 长 ， 构 监 测 系 统 应 选 择 实 时 在 线 监 服 结 测， 而对 于较小规 模 的桥 梁 可 采 用 定期 监 测 或 检 测 的方式 。
１ 前言
当前 ， 国为适 应经 济建设 的需 要 ， 大规模 地 我 正 发 展交 通事业 ， 桥梁 的建设 方 兴未艾 ， 并将 在未来 仍 然 保持 一定 的增 长 。然 而 ， 桥梁 结 构 的使 用 期 长 达
几 十年 甚至 上百年 ， 环境侵 蚀 、 材料老 化和荷 载 的长
梁结构 的荷 载及其 响应 ， 把握桥 梁结构 的安 全状态 ， 现 已成 为桥梁 工程 领域研 究 的热点课 题 。依 托我 国 大规模 基础设 施建 设韵 背 景 ， 梁 结 构监 测 系统 的 桥 研究与 应用 在我 国得到 了迅速发 展 【 。 ３ ］
２ １ 监测 内容 ．
一
传感 器应 本着 技术 先进 、 性价 比高 、 长期 可靠 稳
定 、 足监测要 求 和 目的原则 进行 选 型 。 满
般 而言 ， 梁 结 构监 测 系统 的监 测 内容 主 要 桥
ａ ．先进性 原 则 ： 据 监 测 要 求 ， 量选 用技 术 根 尽 先进 、 熟 的传感 器 ， 成 以提 高 建 成后 桥 梁 的信 息化 、 数 字化 管养水 平 ；．精 确 性 ： 据 结 构 计 算 分 析 和 ｂ 根 测试 结果 ， 用 精 度 满 足 监测 要求 的传 感 器 ；．经 选 Ｏ 济实 用性 ： 选用 性价 比高 的传 感器 ， 节省 成本 ；．可 ｄ 靠性 、 定性 ： 稳 选用 耐 久 性 好 的工 业 级 传 感 器 ， 在桥
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９ 中国工程科 学 ６
２ 结构 监测系统设计原 则
桥 梁结 构监 测系统 的 总体设计 主要 包括 监测 内
容和 功能设 计两 个方 面 。
优 良的伺服式加速度计 ； 应力应变常用 的传感器主
及结构 损伤识 别 方法 的研 究 较 多 ， 有关 特 大 桥结 但
久性 ， 在新 建和 已经 建成 使 用 的 大跨 度 桥 梁结 构 上 急需 采用有 效 的手段 监 测 和评 定 其 安全 状 况 、 复 修 和控 制其损 伤 ¨ 。 欧美等 发达 国家在 二十 世纪八 九十 年代末期 开
一
般来说 ， 梁结 构 监 测 系统 主 要包 括 传感 器 桥
子系统 、 数据采 集 与传 输 子 系 统 、 数据 管 理 子 系统 、 结构状 态识 别与综 合 评估 子 系统 ， 述 各个 子 系统 上 分别涉 及不 同 的硬 件 和 软件 ， 要 通 过 系统 集成 技 需 术将它 们集成 为一个 协调 共 同工作 的大系统 。桥梁
系统 、 数据 采集 与传输 子 系统 、 数据 管理子 系统 以及 结构状 态 识别与综 合评 估子 系统 的设计方 法和 功能
表明， 在经 济腾 飞时 期 建造 的桥 梁结 构 的性 能退 化 最 快 。因此 ， 国政府 、 我 工程 技术人 员 以及科技 工作 者特别 重视 目前 已经 和正在 建造 的大型桥 梁结构 的
传输子系统、 数据管理子系统以及结构状态识别与综合评估子系统的设计方法和功能要求。
［ 关键词 ］ 桥梁 ； 结构监测 系பைடு நூலகம் ； 设计方法 ； 系统集成
［ 中图分类号 ］ Ｕ ４ ． ；４ ７ ［ ４５７Ｕ４ 文献标识码 ］ Ａ ［ 文章编号 ］ １０ ０ ９—１４ （００ ０ ０９ ０ ７ ２ ２ １ ） ７— ０ ６— ５
始在 桥梁结 构上 布设 结 构 监测 系统 ， 以把握 桥 梁 结 构 的服役安 全状 态 。发达 国家桥梁 建设 和服役 经验
构监测系统的设计 、 集成与实现 的研究较少。文章 以西堠 门大桥为依 托 主要研究 了桥 梁结构监 测系统 的设计 原则 ， 阐述 了桥梁 结 构 监测 系 统 的传 感 器子
服役安全 ， 积极推动桥梁结构安全保障技术的研究、 应用 和发展 。由于结 构监测 系统 能够记 录和分 析桥
【 稿 日期 ］ ２ １ ４— ０ 收 ０ ０—０ ２
要求 ， 并着重研究 了基于工业以太 网的分布式桥梁 结构监 测 系统 的架构 。
【 基金项 目］ 国家科技支撑计划项 目（ ０８ Ａ ０ Ｂ ５ ２０ Ｂ Ｇ ７ ０ ） ［ 作者简介 ］ 刘 志强（９ ６一） 男 ， １７ ， 山东海阳市人 ， 高级工程师 ， 主要研究领域为桥梁结构监测技术 、 系统集成 ；
因此 ， 了保 障结 构 的 安全 性 、 整性 、 用 性 与 耐 为 完 适
结构监测系统涉及多 门学科领域 ， 系统的设计与构 建 比较 复杂 ， 系统 本身 的构 成不 仅 与 其性 能 和 功能
有关 ， 还需要 考虑 其未来 运 营和养护 管理情 况 。 目前 国 内外 在结 构 监 测领 域 ， 智 能传 感 器 以 对
期效 应 、 劳效应 与 突变 效 应 等 灾 害 因素 的耦 合 作 疲 用将 不可避 免地 导致结 构和 系统 的损 伤积 累和抗 力 衰减 ， 而使抵 抗 自然灾 害 、 至正常 环境作 用 的能 从 甚 力 下 降 ， 端 情 况 下 容 易 引 发 灾 难 性 的 突发 事 故 。 极
西堠 门大桥结构监测系统的 设 计 与实现 （ ） 系统 设 计 Ｉ：
刘志强 ，李 娜 ，冯 良平 ，张革 军
（ 中交 公 路 规划 设 计 院 有 限公 司 ， 京 １０ ８ ） 北 ０ ０ ８
［ 摘要 】 研究 了西堠 门大桥结构监测系统的设计原则 ， 阐述桥梁结构监测系统 的传感器 子系统 、 数据 采集与
传感 器 按照热 点应 力法 进行 布设 。
３ ２ 传 感器选 型原 则 ．
对 于 大桥 和 特 大 桥 ， 投 资 规 模 较 大 、 要 性 其 重
高 、 役期 较 长 ， 构 监 测 系 统 应 选 择 实 时 在 线 监 服 结 测， 而对 于较小规 模 的桥 梁 可 采 用 定期 监 测 或 检 测 的方式 。
１ 前言
当前 ， 国为适 应经 济建设 的需 要 ， 大规模 地 我 正 发 展交 通事业 ， 桥梁 的建设 方 兴未艾 ， 并将 在未来 仍 然 保持 一定 的增 长 。然 而 ， 桥梁 结 构 的使 用 期 长 达
几 十年 甚至 上百年 ， 环境侵 蚀 、 材料老 化和荷 载 的长
梁结构 的荷 载及其 响应 ， 把握桥 梁结构 的安 全状态 ， 现 已成 为桥梁 工程 领域研 究 的热点课 题 。依 托我 国 大规模 基础设 施建 设韵 背 景 ， 梁 结 构监 测 系统 的 桥 研究与 应用 在我 国得到 了迅速发 展 【 。 ３ ］
２ １ 监测 内容 ．
一
传感 器应 本着 技术 先进 、 性价 比高 、 长期 可靠 稳
定 、 足监测要 求 和 目的原则 进行 选 型 。 满
般 而言 ， 梁 结 构监 测 系统 的监 测 内容 主 要 桥
ａ ．先进性 原 则 ： 据 监 测 要 求 ， 量选 用技 术 根 尽 先进 、 熟 的传感 器 ， 成 以提 高 建 成后 桥 梁 的信 息化 、 数 字化 管养水 平 ；．精 确 性 ： 据 结 构 计 算 分 析 和 ｂ 根 测试 结果 ， 用 精 度 满 足 监测 要求 的传 感 器 ；．经 选 Ｏ 济实 用性 ： 选用 性价 比高 的传 感器 ， 节省 成本 ；．可 ｄ 靠性 、 定性 ： 稳 选用 耐 久 性 好 的工 业 级 传 感 器 ， 在桥
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