1、 ICS 93.040 CCS P 07 DB42 湖北省地方标准 DB42/T 19512023 桥梁结构健康信息化监测技术规范 Technical specification for structural health information monitoring of bridges2023-01-06 发布2023-03-06 实施湖北省市场监督管理局发 布 DB42/T 19512023 I 目次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 监测参数.2 5 监测系统.3 6 数据采集与处理.5 7 数据传输.5 8 数据存储与管理.6 9 健康评估.
2、7 DB42/T 19512023 II DB42/T 19512023 III 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由湖北工业大学提出。本文件由湖北省交通运输厅归口。本文件主要起草单位：湖北工业大学、中铁大桥局集团有限公司、湖北九州同正信息工程有限公司、武汉启新辰元信息科技有限公司、总司（武汉）科技有限公司、武汉绿泊智能科技有限公司、湖北省标准化与质量研究院。本文件主要起草人：谭保华、钟继卫、叶庆旱、陶世峰、李婳婧、高家鸣、张竞、吴美艳、刘文超、
3、梅秀道、程辉、谢秋琪、李闻宇、姜楠、韩旭、杨巍、宋军、刘佳、宋旋、李刚、段禄成、朱硕、肖禄，王恩濮、郑焙天、张力天、高俊、吴昊明、刘龙康、古晓翔、黄晓东、曹衎、孟洋、陈尊亮、田师豪、尤文昊、黄程旭、袁星驰、王梦晨、陈旺、林圣茗。本 文 件 实 施 应 用 中 的 疑 问，可 咨 询 湖 北 省 交 通 运 输 厅，联 系 电 话：83460670，邮 箱:；对本文件的有关修改意见建议请反馈至湖北工业大学，联系电话：027-59750595，邮箱：。DB42/T 19512023 1 桥梁结构健康信息化监测技术规范 1 范围 本文件规定了桥梁结构健康信息化监测技术的监测参数、监测系统、数据采集与
4、处理、数据传输、数据存储与管理、结构状态识别和健康评估的技术要求。本文件适用于湖北省现役或新建公路的跨度大于40m的斜拉桥、悬索桥、拱桥以及梁桥的结构健康信息化监测系统的传感器选择、布置，数据采集和处理，数据传输，数据存储和管理，及桥梁结构健康状态的评估。铁路桥梁、公路铁路两用桥另有要求的应遵守其要求。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 9361 计算机场地安全要求 GB/T 2887 计算机场地通用规范 GB/T 3
5、1167 信息安全技术 云计算服务安全指南 GB/T 31168 信息安全技术 云计算服务安全能力要求 GB/T 32630 非结构化数据管理系统技术要求 GB/T 36344 信息技术 数据质量评价指标 GB/T 37025 信息安全技术 物联网数据传输安全技术要求 GB 50311 综合布线系统工程设计规范 GB 50982-2014 建筑与桥梁结构监测技术规范 JTG/T H21 公路桥梁技术状况评定标准 JT/T 132 公路数据库编目编码规则 JT/T 10372022 公路桥梁结构监测技术规范 JTG/T 51222021 公路缆索结构体系桥梁养护技术规范 3 术语和定义 GB 5
6、0982-2014界定的以及下列术语和定义适用于本文件。信息化 informatization 指利用信息技术，开发利用信息资源，实施桥梁健康监测，并促进信息交流和共享，提高桥梁维保质量，推动桥梁维保技术发展。DB42/T 19512023 2 桥梁结构健康监测 structural health monitoring of bridge 一种可以对桥梁健康的设定参数进行连续、自动测量和记录，获取桥梁环境、左右、结构响应与结构变化的定量数据，实现检查数据超限报警，评估桥梁结构健康的多学科交叉融合技术。传感器 sensor 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由
7、敏感元件和转换元件组成。环境 environmental factors 影响桥梁安全和功能的桥址自然环境因素。作用 action 桥梁所受的直接或间接载荷。结构响应 structural response 由作用引起的桥梁构件、部件、结构的静力或动力响应。桥梁结构健康评估 structural health assessment of bridge 相对于桥梁结构初始成桥状态或设计规定的结构安全和功能要求，对当前桥梁结构的安全健康和功能进行评判。损伤 damage 引起结构性能降低的结构状态的不利变化。模态参数 modal parameter 基于桥梁结构实测振动数据，通过时域、频域或时频域
8、分析方法来提取结构的模态频率、振型及阻尼比，还可包括模态刚度、模态质量等参数。4 监测参数 DB42/T 19512023 3 桥梁结构健康监测参数设定应根据桥梁类型、运行环境、结构特点、结构设计等确定，宜符合 JTG/T H21 第 3 章、第 4 章和 JTG/T 51222021 第 3 章的要求和规定。应符合 GB 50982 和 JT/T 10372022 的一般要求，应至少包含：a)环境作用参数，如温度、湿度、车辆荷载、风；b)结构响应参数，如应变、位移、振动、倾角；c)结构变化，如基础冲刷、裂缝、位移、腐蚀、断丝、螺栓状态。根据需要可监测：挠度、支座反力、腐蚀度、伸缩缝伸缩量、雨
9、水、地震、索力、锚碇压力、加速度等。5 监测系统 一般要求 5.1.1 监测系统应稳定可靠、经济实用、安全网联。5.1.2 监测设备应便于维护和升级。监测系统等级划分 桥梁结构健康监测系统的功能应符合GB 50982及JT/T 10372022的规定，监测系统的等级划分应符合表1的要求。表1 桥梁结构健康监测系统等级划分 等级 桥型 监测系统性能 一级 特大跨度的桥梁(主跨150 m)、复杂结构桥梁、重要桥梁 监测系统全、系统硬软件功能强大、可扩展性强、系统自动化、集成化和网络化程度高，实时在线和远程监测 二级 大跨度的桥梁(40m主跨150 m)、较复杂结构桥梁、较重要桥梁 监测系统较全，系
10、统定期监测(每次连续监测多天)，自动化程度较高，数据管理系统网络化运行。传感器选择 在桥梁监测系统中，应根据不同监测参数选择相应的传感器，常见传感器类型见表2，传感器的选择除符合JT/T 10372022的要求以外，还应满足以下要求：a)根据项目具体的要求和现场运用条件，综合考虑“监测信息全面，信号质量稳定和经济合理”的因素来选取传感器的种类和数量。b)传感器应在服役期间具有良好的稳定性和抗干扰能力，寿命能满足监测系统服役时间的要求。c)应根据所需监测参数来选取传感器的静态灵敏度和静态量程范围。d)应根据监测参数所需的频率范围选取有相应频率响应特性的传感器。e)选取的传感器应具有良好和稳定的线
11、性度。f)传感器应具有良好而稳定的分辨率和重复性能，且不应低于所需监测参数的最小单位量级。g)应根据监测参数要求的精度范围合理选用精度等级满足要求的传感器。h)传感器应满足结构实际使用的环境因素，且应便于维护和更换。i)预埋在结构内部的传感器，使用寿命应不低于 20 年；附着在结构上的非埋入式传感器，使用寿命应不低于 5 年。DB42/T 19512023 4 表2 常见传感器类型及相应监测参数 参数类型 具体参数 传感器类型 载荷参数 车辆荷载 测力传感器和动态称重站 风荷载 风速仪（叶轮式风速计、超声波风速仪）、多普勒雷达、多普勒声达、风压计 地震荷载 地震计 结构响应参数 应变 电阻式应
12、变片、振弦应变仪、光纤光栅传感器、分布式光纤传感器 位移 水平测站和全球卫星定位系统（GNSS）等 振动 振动测量传感器（激光测振仪、图像识别仪、全站仪等）环境参数 温度、湿度、雨水、腐蚀等 温度传感器、光纤腐蚀传感器、气压计、湿度计、雨量计等 传感器布置 5.4.1 原则 传感器布设原则应遵循如下原则：a)选择的位置能尽可能全面地、精确地获取结构参数的信息；b)所选择的位置有较好的抗噪声干扰性能；c)布设数量和位置，应根据结构计算分析结果，选择关键截面和部位布设；d)能够通过合理添加测点对感兴趣的部分模态进行数据重点采集；e)所选的位置测得的响应对结构参数的变化较为敏感；f)宜布置在结构响应
13、最不利位置或已损伤位置；g)方便安装和更换传感器；h)尽量减少信号的传输距离。5.4.2 布设位置 传感器的布设位置应由不同桥梁类型和具体测量参数决定，宜符合表3的要求。表3 传感器布设位置 监测参数 传感器布设位置 梁式桥 拱桥 斜拉桥 悬索桥 应变 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中和支座处 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、主拱跨中和拱脚 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中和索塔 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中和索塔 振动 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、主拱跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 主跨跨
14、中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 挠度 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、主拱跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 温度 主跨跨中、1/4 跨和 3/4 跨 主拱跨中和主跨跨中 主跨跨中和索塔 主跨跨中和索塔 湿度 主跨跨中 主拱跨中和主跨跨中 主跨跨中和索塔 主跨跨中和索塔 DB42/T 19512023 5 表 3 传感器布设位置(续)监测参数 传感器布设位置 梁式桥 拱桥 斜拉桥 悬索桥 车辆荷载 与主桥相连的引桥桥头，上下行车道 与主桥相连的引桥桥头，上下行车道 与主桥相连的引桥桥头
15、，上下行车道 与主桥相连的引桥桥头，上下行车道 地震 桥墩承台 拱脚 桥墩承台 桥墩承台和索塔 风速-主拱跨中 主跨跨中和索塔 主跨跨中和索塔 支座反力 桥墩承台 拱座 桥墩承台 桥墩承台 伸缩缝伸缩量 伸缩缝两侧 伸缩缝两侧 伸缩缝两侧 伸缩缝两侧 位移 主跨跨中、1/4 跨和 3/4 跨 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、主拱跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中 主跨跨中、1/4 跨、3/4 跨、边跨跨中和索塔 索力-吊杆 斜拉索 主缆、吊杆 锚碇压力-锚碇区 6 数据采集与处理 数据采集 桥梁结构健康数据的采集应符合以下要求：a)数据采集设备、硬件和软件应能与传感器相匹配，并
16、能满足被测物理量的要求；b)数据采集设备应避免设置在潮湿、有静电、强磁场或其它可能对信号采集产生严重干扰的环境中，采集设备应具备不间断供电设备保障；c)数字信号宜选用基于 RS485、CAN、Modbus TCP 或 UDP 等分布式数据采集设备，并兼顾传输距离、传输带宽和速率；d)电荷信号应选用电荷放大器就行信号调理后采集；e)模拟信号宜选用 4 mA20 mA 和-5 V5 V 等标准工业信号，可选用基于 PCI、PXI 等技术的集中式数据采集设备，并进行光电隔离，以增强抗干扰能力；f)除应满足本规范的规定外，还宜符合 GB 50311 对综合布线系统的规范性要求。数据处理 数据的处理应符
17、合以下要求：a)数据采集时，应对含噪信号进行适当的降噪处理，提高信号的信噪比；b)数据分析之前，应对测量数据中的粗差、系统误差、偶然误差等进行处理；c)应正确判断异常数据是由结构状态变化引起还是监测系统自身异常引起，应剔除由监测系统自身引起的异常数据；d)数据单位宜采用国际单位制。7 数据传输 数据传输系统应具有数据接收、处理、交换和传输的能力，应保证数据传输的可靠性、高效性和数据传输质量，数据传输完整性宜符合 GB/T 37025 的相关规定。DB42/T 19512023 6 数据可采用有线或者无线方式进行传输。数据传输子系统按照传输速度要求的不同，可设计为同步传输和异步传输两种方式。数据
18、传输系统的设计应坚持因地制宜的原则，并综合考虑数据传输距离、工程各阶段特征和工程现场地形条件、网络覆盖状况、已有的通信设施等因素，灵活选取合适的数据传输方式。数据传输系统中应设计数据备份机制，以保证传输故障时的数据完整性和可靠性。工程现场应有安置传输设备的前端监控中心，除符合 GB/T 9361 的相关要求以外，还应符合以下要求：a)电力稳定可靠，交通方便，自然环境清洁；b)远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂仓库、堆场等；c)远离强振源和强噪声源；d)避开强电磁场干扰，无法避开时应采取有效的电磁屏蔽措施；e)有防雷、防火设施；f)观测室内部温度、湿度等条
19、件应满足通信及其他设备的工作环境要求。数据传输系统的线路应满足设备安装的相关要求，并采取一定的防护措施。数据传输应根据实际情况制定应对特殊突发情况的应急预案。8 数据存储与管理 一般要求 数据的存储和管理除符合GB/T 2887、GB 50982及JT/T 1037的相关规定以外，还应符合以下要求：a)桥梁结构健康监测系统的数据库设计应遵循数据系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、标准性和经济性的基本原则；b)应保证数据的共享性、数据结构的整体性、数据系统与应用系统的统一性；c)桥梁结构健康监测系统的数据库应包括静态数据库和动态数据库。静态数据库应包括桥梁设计与施工信息子库、日常养护检测数据
20、子库、系统软硬件信息子库；动态数据库应包括桥梁监测数据子库、桥梁分析结果子库等；d)桥梁结构健康监测系统涉及的数据库功能包括：监测设备管理、监测信息管理、结构模型信息管理、评估分析信息管理、数据转储管理、用户管理、安全管理以及预警信息管理等方面；e)选择数据库管理系统宜考虑系统支持对海量数据的高效管理机制、异常情况下的容错功能、系统恢复功能、系统宜支持分布式数据管理功能；f)交互系统应具有友好的、符合专业操作习惯的用户界面；g)监测系统可通过数据传输与控制系统将监测数据存储到数据库系统中，也可从数据库中请求和提取需要处理和分析的数据。处理分析完的相关信息应存储在数据库系统中，以便系统能够进一步
21、进行各种深入分析和评估；h)在分布式环境下，可通过数据的分片等技术将系统数据进行分布存储；i)应采用统一数据标准格式和统一数据接口，以满足其信息系统应用的需求，同时保证传输数据的安全性；j)数据管理子系统软件应具备部分数据转出、备份与协调功能；k)数据库应具有网络防护功能，防止恶意攻击和病毒破坏并根据用户级别设定相应权限。DB42/T 19512023 7 存储数据类型 数据管理系统应存储和管理桥梁结构健康监测系统全过程的信息，存储数据类型包括但不限于：a)结构信息数据：桥梁结构的各构件设计图纸及各专题研究成果资料；b)结构有限元模型数据：桥梁结构各阶段有限模型；c)传感器及采集传输设备信息数
22、据：存储传感器、采集设备、传输设备管理等所有的基本信息，包括设备位置、性能指标、安装信息；d)结构动力性能数据：结构的振型、频率、阻尼等桥梁结构的动力性能参数；e)统计分析数据：数理统计和各类分析统计结果；f)结构安全评估数据：预警值、安全评估方法和结果，及预警历史纪录等；g)施工监控数据：桥梁施工过程和历次养护维修施工控制过程的施工监控信息和各阶段施工监控报告；h)荷载试验数据：历次荷载试验信息，包括静、动力加载工况和荷载试验报告，荷载试验过程中检测系统所采集的荷载和环境以及结构响应数据与分析结果。数据管理 8.3.1 桥梁结构健康信息化监测数据管理应实现数据的完整性、准确性、一致性、时效性
23、、可访问性。数据质量评估应符合 GB/T 36344 的规定。8.3.2 桥梁结构健康监测数据宜规范编码管理，应符合 JT/T132 编目规则。8.3.3 采用云服务技术的监测系统，应符合 GB/T 31167 和 GB/T 31168 的相关规定。8.3.4 桥梁结构健康监测中，对图像、音频、视频及文本非结构数据特征提取，应符合 GB/T 32630 的相关规定。8.3.5 桥梁结构健康监测宜采用容灾备份机制，可具备各类数据压缩存储和异地备份功能。8.3.6 数据存储时间要求 8.3.6.1 监控中心计算机机房实时监测原始数据存储时间宜大于 5 年。经处理后的特征提取数据、超限报警数据、评估
24、评价结果等结构化存储时间宜大于 20 年。8.3.6.2 监控中心计算机机房非结构化视频数据存储宜大于 90 天，特殊事件视频数据应转移备份并永久保存。9 健康评估 一般要求 9.1.1 施加在结构上的荷载宜采用随机过程概率模型描述。9.1.2 结构构件的可靠指标宜采用考虑基本变量概率分析类型的一次二阶矩方法进行计算。评估方法 9.2.1 桥梁结构健康评估方法宜采用层次分析法。9.2.2 层次分析法宜按照如下骤实施:a)分析系统中各因素之间的关系，建立系统层次结构；b)对同一层次中的各个元素进行两两比较，构建比较矩阵；DB42/T 19512023 8 c)计算各层次比较矩阵中各元素的相对权重
25、，对比较矩阵的一致性检验；d)计算整个系统下的合成权重，并计算被评价对象的总分。其中，w 为权重，ai=wi*fi（fi 为测量值），最终各个 ai 进行合成权重。评估程序 桥梁结构健康评估程序宜按照数据收集、数据预处理、模态参数识别、结构损伤计算与识别、结构健康评估的程序进行。9.3.1 模态参数识别 模态参数识别主要应满足以下要求：a)桥梁结构的自振频率、振型、模态阻尼比、取模态刚度、模态质量等参数可通过结构振动监测数据获取；b)获取的结构动力特性参数（模态参数），可以作为结构有限元模型修正及损伤识别的基础数据；c)在用桥梁有以下情况之一时，应进行模态参数识别：拟提高荷载等级的桥梁；需要通
26、行特殊荷载的桥梁；遭受强台风、地震、洪水、滑坡、船舶撞击、严重超载、火灾、化学腐蚀或意外事故的桥梁。d)模态参数的识别方法主要有频域识别法、时域识别法和时频域识别法；e)结构在线模态参数的识别可通过环境激励下的工程结构模态识别方法实现。健康评估 9.4.1 一般要求 桥梁结构健康应满足以下基本要求：a)结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度；b)结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用力；c)结构在正常使用时具有良好的工作性能；d)结构在正常维护下具有足够的耐久性能；e)结构在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持整体稳定性。9.4.2 健康评估 桥梁结构健康状态评价应按
27、照JTG/T H21标准规定，宜符合表4的规定，结果应经相关专家评审论证。表4 桥梁健康状态等级与评定依据 分级 状态 依据 1 级 完好 结构车辆荷载和抗风的整体安全储备大于 2;在设计荷载和监测荷载作用下，所有构件的内力、变形均小于规范的设计允许值，不影响结构安全、行车舒适性和耐久性。2 级 较好 结构车辆荷载和抗风的整体安全储备介于 1.6 至 2.0;在设计荷载和监测荷载作用下，关键构件良好，部分次要构件(10%以内)的内力、变形大于规范设计允许值的 5%，但不影响结构安全、行车舒适性和耐久性。DB42/T 19512023 9 表 4 桥梁健康状态等级与评定依据（续）分级 状态 依据
28、 3 级 中等损伤 结构主要频率降低;结构车辆荷载和抗风的整体安全储备介于 1.4 至 1.6；;在设计荷载和监测荷载作用下，部分关键构件(5%以内)内力大于规范设计允许值的 5%，较多次要构件(10%-20%)内力大于规范设计值的 10%，影响结构的行车舒适性和耐久性，但不影响结构的安全。4 级 严重损伤 结构主要频率明显降低;结构车辆荷载和抗风的整体安全储备介于 1.2 至 1.4;在设计荷载和监测荷载作用下，部分关键构件(10%以内)内力大于规范设计允许值的 10%或关键构件疲劳累积损伤指数 0.45 至 0.80，承载能力下降 10%以内，影响结构安全性。5 级 危险 结构主要频率大幅降低或者振型 MAC 值显著减小:结构车辆荷载或抗风的整体安全储备小 1.2;在设计荷载或监测荷载作用下，关键构件内力大于规范设计允许值的 10%，损伤发展扩大，或者关键构件疲劳累积损伤指数0.8，出现重大破坏，影响结构的稳定和安全。
