DB63 T 2222-2023 公路长大桥梁结构健康监测系统建设应用指南.pdf
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1、ICS93.040CCS P 28DB63青海省地方标准DB63/T 22222023公路长大桥梁结构健康监测系统建设应用指南2023-12-27 发布2024-02-01 实施青海省市场监督管理局发 布DB63/T 22222023I目次前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 总则.15 监测方案.25.1 概要.25.2 资料收集.25.3 监测项目.25.4 测点布设.35.5 监测设备.55.6 数据采集与传输.65.7 数据存储.75.8 报警处置.76 系统建设.76.1 设计.76.2 实施.96.3 试运行.96.4 验收.107 维护与应用.107.
2、1 检查维护.107.2 监测报警.107.3 分析报告.117.4 对策建议.11附录 A(资料性)硬件设备安装记录表.12附录 B(资料性)系统软件测试表.14附录 C(资料性)系统软件检查维护记录表.15附录 D(资料性)系统硬件检查维护记录表.16参考文献.18DB63/T 22222023II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。本文件由青海省交通运输标准化专业技术委员会提出。本文件由青海省交通运输厅归口。本文件起草单位:青海省高速公路养护服务有限公
3、司、中交第一公路勘察设计研究院有限公司、青海省交通检测有限公司、青海省交通科学研究院、青海省公路局。本文件主要起草人:白卿、赵晓帆、薛兆锋、王晓光、吴玉林、马明、孔祥玲、田中伟、奎万超、周世学、苏兆邦、唐虹、曹海波、张宁昌、高林丽、顾华杰、韩吉正、宫成兵、岳振民、刘玉芬、党李涛、刘祖锋、仲小萍、任伟、闫亚鹏、颜亮德。本文件由青海省交通运输厅监督实施。DB63/T 222220231公路长大桥梁结构健康监测系统建设应用指南1范围本文件界定了公路长大桥梁结构健康监测系统建设应用的术语和定义,确立了总则和监测方案,提供了监测系统建设、维护与应用等方面的指导。本文件适用于公路长大桥梁(主跨跨径大于等于
4、500 m悬索桥、300 m斜拉桥、200 m拱桥、160 m梁桥)结构健康监测系统的建设与应用,其它需要健康监测的桥梁可参照执行。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 8566 系统与软件工程 软件生存周期过程GB/T 8567 计算机软件文档编制规范GB/T 9386 计算机软件测试文档编制规范GB/T 15532 计算机软件测试规范GB 50311 综合布线系统工程设计规范GB 50343 建筑物电子信息系统防雷技术规
5、范JT/T 1037 公路桥梁结构监测技术规范JTG 5120 公路桥涵养护规范JTG/T 5122 公路缆索结构体系桥梁养护技术规范3术语和定义JT/T 1037界定的术语和定义适用于本文件。4总则4.1长大桥梁结构健康监测系统的设计和构建遵循“适用、稳定、安全、耐久、经济”原则。4.2系统建设需充分考虑与部、省监测数据平台互联互通、数据共享的需求。4.3系统建设宜采用大数据、区块链、云技术、AI 及 InSAR 等先进技术。4.4对于新建桥梁的健康监测系统,宜与桥梁主体同步设计、同步实施、同步验收、同步运维。4.5系统硬件设备包括传感器、数据采集及数据传输设备,其稳定性和耐久性宜满足高寒环
6、境的条件,且考虑下列因素:a)传感器:适用性、兼容性和可扩展性;b)数据采集设备:具备实时采集、自动存储、自动传输等功能;c)数据传输设备:保证数据传输的安全性和可靠性,且提供足够的带宽和数据冗余度。4.6系统网络安全等级保护达到二级及以上。DB63/T 2222202325监测方案5.1概要监测方案的编制包括但不限于下列因素:a)桥梁环境、作用、结构响应、结构变化特征;b)桥梁服役期病害规律;c)场地供电条件;d)桥址通讯条件;e)预埋件安装;f)检修通道等。5.2资料收集5.2.1监测方案编制前,需收集的资料包括但不限于:a)桥梁设计、施工和验收档案资料;b)桥址运营环境条件、交通流状况;
7、c)桥梁病害类型、范围和程度;d)桥梁检查、维修加固等养护资料;e)现场供电及网络状况。5.2.2资料收集时需保证资料的真实性、有效性和保密性。5.3监测项目5.3.1监测内容的确定宜综合考虑桥梁运营环境、受力状态分析、耐久性分析、风险评估结果、部构件技术状况、病害类型与损伤程度、监测应用目标等因素。5.3.2综合集成监测系统是为了保证桥梁结构整体安全性,同时监测多个目标或多种项目的长期监测系统,宜按 JT/T 1037 所描述的各类桥型的监测内容设置。5.3.3特定目标监测系统是针对某一项或几项特定的结构安全风险专门实施的长期监测系统,其监测内容见表 1。表1特定目标监测项目项次监测目标监测
8、类别监测内容监测选项结冰桥面、索结构覆冰除冰盐除冰盐1寒区环境冻蚀冻蚀氯离子浓度钢筋锈蚀硫酸盐浓度2盐渍土环境腐蚀侵蚀深度裂缝宽度裂缝裂缝长度氯离子浓度腐蚀侵蚀深度3结构性裂缝温湿度环境温度、湿度结构温度混凝土构件温度应变桥墩混凝土应变桥墩顺桥向位移4薄壁高墩温度梯度位移桥墩横桥向位移DB63/T 222220233表1 特定目标监测项目(续)项次监测目标监测类别监测内容监测选项温湿度环境温度、湿度位移支座位移所有车道车重、轴重、轴数、车速5支座损伤车辆荷载所有车道车流量基础偏位6基础冲刷基础冲刷冲刷深度基础竖向位移位移基础横向位移振动墩顶加速度温度基础土体温度7桩基冻拔含水率土体含水率位移基
9、础位移振动墩顶加速度8不均匀沉降含水率土体含水率结构温度铺装层温度紫外线强度紫外线强度氯离子浓度腐蚀侵蚀深度裂缝主梁裂缝所有车道车重、轴重、轴数、车速9铺装层开裂车辆荷载所有车道车流量10桥面渗水桥面状况视频图像位移伸缩缝位移11伸缩缝病害温湿度环境温度、湿度路基沉降桥头路基沉降位移含水率台后填土含水率12桥头跳车温度填土温度含水率土体含水率温度土体温度温湿度环境温度、湿度13锥坡开裂、滑移裂缝土体裂缝振动桥墩加速度14冰撞击结构状况视频图像注:必选项,宜选项,可选项。5.4测点布设5.4.1宜合理利用监测点之间联系和结构的对称性等,优化测点布设。5.4.2测点布设宜明确传感器的数量、安装位置
10、、方向等,对于不可更换的测点,宜做冗余设计。5.4.3监测测点布设位置和数量,需考虑但不限于以下因素:a)桥址环境、所受作用分布;b)结构构造特点、静力特性及动力特性;c)结构病害特征及分布;d)监测项目数据分析和结构状态评估需求;e)对于结构既有损伤及缺陷位置,需设置针对性测点。5.4.4综合集成监测测点布设见表 2。DB63/T 222220234表2综合集成监测测点布设项次监测内容布设位置桥址区跨中1温度、湿度 主梁内、主缆内、锚室内、鞍罩内、索塔内桥梁湿度变化较大的部位、对湿度敏感的构件2雨量桥梁开阔部位桥面桥面易结冰区域的典型位置缆索近塔顶3结冰吊杆主拱4车辆荷载所有车道路基或有稳定
11、墩柱支撑的混凝土结构铺装层内5风速、风向、风压能监测自由场风速和风向;宜布设于跨中上下游、塔顶、拱顶;悬索桥(1500 m)、斜拉桥(800 m)需增设测点6构件温度根据温度场分布特点、结合结构类型、联长、跨径、构件尺寸、铺装体系、日照情况等综合确定;与结构应变温度补偿测点协同布设7结构温度桥面铺装层铺装层内8船舶撞击有船撞风险的水位变动区的桥墩底部、承台顶部9地震动桥岸、承台顶或桥墩底部;护岸、锚碇锚室、近桥址监控中心等自由场地;大跨桥梁考虑地面运动的非一致性主梁竖向主跨跨中和1/4、3/4主跨、边跨跨中;有扭转监测需求时,同一断面左右幅外侧主梁横向主跨跨中支座墩顶梁端支座处梁端纵向梁端伸缩
12、缝处塔顶偏位索塔顶部拱顶位移拱顶部主缆偏位主跨跨中和1/4、3/4主跨10位移高墩位移墩顶塔顶转角塔顶11转角梁端转角梁端主梁主梁、索塔、主拱根据结构计算分析和易损性分析确定截面和部位正交异性钢桥面板车道轮迹线、疲劳热点(顶板、U肋、横隔板)受力复杂的构件根据结构计算分析确定三向静、动态应变测点12应变钢混结合段应变较大或应力集中处悬索桥吊索斜拉桥斜拉索拱桥吊杆(索)和系杆根据索构件的布置形式、规格、型号、长短、索力和应力选取代表性、索力较大、拉索应力变化较大的拉索13索力锚跨索股根据主缆锚固方案、索股布置形式确定,至少包括基准索股14支座反力根据支座类型、构造、安装方式确定;可能出现横向失稳
13、等倾覆性破坏的独柱桥、曲线桥、基础易发生沉降或采用压重设计的桥梁支座主梁竖向和横向振型峰值点,避开振型节点;至少包括主跨跨中和四分点主梁纵向塔梁连接处或支座位置处索塔塔顶索振幅较大的索,避开索构件振型节点桥墩墩顶15振动主拱根据主拱振型确定,宜布设在振型峰值点出,避开振型节点16冲刷根据基础冲刷风险分析确定;圆形桥墩不设置上下游两侧;圆端形布设在上下游及侧面最大冲刷位置;冲刷严重宜在周边侧面同断面布置锚碇位移锚体和前支墩角点桥墩沉降墩顶17基础变位拱脚位移拱脚承台18裂缝既有典型裂缝或可能发生开裂的区域;结合检查、技术状况评定、养护维修结果确定DB63/T 222220235表2 综合集成监测
14、测点布设(续)项次监测内容布设位置19腐蚀墩台水位变动、浪溅区混凝土保护层内;根据氯离子浓度梯度测试要求确定位置和数量;结合结构特点、特殊部位、连接位置的腐蚀速率确定20断丝“腐蚀或锈蚀”标度达到3及以上的索;锚头端部或易断丝位置21索夹滑移“错位、滑移”标度达到3及以上的索夹;索夹类型、索夹倾角、螺栓布置形式22高强度螺栓状态检查(测)、技术状况评定结果23体外预应力构造特点和预应力布设形式、位置24支座反力横向失稳发生倾覆性破坏的独柱墩桥梁、弯桥,以及基础易发生沉降、存在负反力等桥梁的关键支座25疲劳根据结构计算分析和结构易损性分析结果,布设在易于或已出现疲劳破坏初期征兆的部位5.4.5特
15、定目标监测测点布设见表 3:表3特定目标测点布设项次监测内容布设位置1桥面覆冰宜布设在动态称重系统附近桥面位置2索结构覆冰宜布设在索体顶部3除冰盐宜布设在受除冰盐侵蚀的典型区域和典型节点4冻蚀宜布设在水中桥墩氯离子浓度钢筋锈蚀硫酸盐浓度5盐渍土腐蚀侵蚀深度盐蚀交替区域混凝土构件温度桥墩混凝土应变温度梯度效应最大处截面四周桥墩顺桥向位移6薄壁高墩温度梯度桥墩横桥向位移墩顶或温度梯度效应最大处7基础冲刷基础偏位宜布设于桥墩顶部基础竖向位移宜布设于桥墩顶部基础竖向位移宜布设于桥墩顶部墩顶加速度宜布设于桥墩顶部基础土体温度8桩基冻拔土体含水率桩周土体冻融范围内基础位移墩顶加速度宜布设于墩台顶部9不均匀
16、沉降土体含水率桩周土体扰动范围内10铺装层温度宜根据桥梁日照特征,选取具有代表性的截面进行测点布设11紫外线强度宜与铺装层温度传感器同断面12铺装层裂缝开裂位置处13桥面渗水梁底或墩顶盖梁路基沉降桥台顶部及台后路基沉降范围内台后填土含水率14桥头跳车台后填土温度桥头搭板下方台后填土内土体含水率土体温度锥坡土体内15锥坡开裂、滑移裂缝土体裂缝最宽处16冰撞击振动宜布设于桥墩顶部5.5监测设备DB63/T 2222202365.5.1监测设备见表 4。表4监测设备项次监测内容监测设备1温湿度氯化钾湿度计、电解湿度计、电阻电容湿度计(温湿度传感器)2雨量雨量计(电容雨量计、红外散射式雨量计、单翻斗雨
17、量计)3结冰温度计4温度热电偶、热电阻、光纤光栅温度计5地震强震动记录仪、三向加速度传感器6车辆动态称重仪、视频摄像头7船撞加速度传感器、倾角仪、位移计8风速风向超声风速仪、机械式风速仪9风压陶瓷型或扩散硅型微压差传感器10振动加速度传感器(压电式、伺服式、电容式)、速度传感器、长标距光纤光栅传感器11位移GNSS/北斗传感器、倾角仪、静力水准仪、电平梁、压力变送器、长标距光纤光栅传感器、机器视觉传感器、位移计12应变振弦式应变计、光纤光栅应变计、电阻应变计13索力加速度传感器、磁通量传感器、压力传感器(锚索计)、长标距光纤光栅传感器14断丝声发射传感器15裂缝振弦式裂缝计、光纤光栅裂缝计、裂
18、缝观测传感器、长标距光纤光栅传感器、导电涂料传感器16腐蚀腐蚀传感器、长标距光纤光栅传感器、混凝土保护层深度安装多电极传感器(腐蚀类型、腐蚀速率)17疲劳应变传感器18覆冰电容传感器、光纤传感器、超声波测试法、视频监测法19除冰盐桥面系水体氯离子浓度20冻蚀温度计、高清摄像头21紫外线强度紫外线辐射传感器22土体含水率渗压计、土壤水分传感器23桥面/结构状况高清摄像头5.6数据采集与传输5.6.1宜综合考虑监测手段、传感器数量及空间位置分布,选取采集模式:a)传感器空间分布较集中、传感器网络与采集站的距离较近时,采用集中式采集;b)传感器和采集设备较多,各监测部位相距较远且相对分散时,采用分布
19、式采集;c)同一桥梁结构监测中传感器空间分布较为分散时,总体可设置多个子采集站进行分布式采集,局部位置同时采用集中式采集。5.6.2数据采集需考虑但不限于下列因素:a)采样频率的适用性:宜按 JT/T 1037 设置,并考虑监测需求;b)监测数据的同步性:变量数据时钟同步误差动态监测小于 0.1 ms,静态监测小于 1 ms;c)采集数据的稳定性:采集数据和历史数据的差值宜在一定范围内,可根据具体情况设定阈值;d)异常数据的诊断:数据完好率宜不低于 90%。5.6.3数据传输需考虑但不限于以下因素:a)数据传输的及时性、可靠性和完整性;b)高速数据传输宜采用同步传输,低速数据传输可采用异步传输
20、;c)远距离宜采用光纤传输技术、无线传输技术或两者相结合的方式。5.6.4监测系统上传至省、部级监测平台的数据包含但不限于:a)基础数据:桥梁基本信息、监测设备信息、传感器监测点位信息等;b)原始数据:各类监测指标的初始数据;DB63/T 222220237c)特征值数据:最大值、最小值、平均值、均方根值、方差等;d)状态数据:桥梁健康度、单桥系统运行状态、传感器运行状态等数据;e)报警数据:超过报警阈值的测点数据;f)应急监测数据:应急预案、应急通讯录、事中处置信息、处置结果信息、处置报告等;g)视频数据:动态称重、桥面、航道等视频监控数据。5.7数据存储5.7.1监测系统数据宜采用模块化架
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