專利名稱：四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁工程領(lǐng)域，涉及一種四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種針對(duì)大型復(fù)雜橋梁的四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
橋梁工程投資規(guī)模大，服役期長(zhǎng)，由于質(zhì)量缺陷、荷載效應(yīng)、環(huán)境侵蝕、材料老化、自然災(zāi)害和人為災(zāi)害等不利因素的耦合作用將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損傷累積、抗力衰減和功能退化，從而使橋梁的安全性、適用性與耐久性下降，造成頻繁養(yǎng)護(hù)維修，極端情況下可能引發(fā)災(zāi)難性事故。 為確保大型橋梁建造與運(yùn)營(yíng)全過(guò)程的可靠性，加強(qiáng)橋梁健康狀況的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，實(shí)施全壽命周期的主動(dòng)監(jiān)控與養(yǎng)護(hù)管理，受到橋梁工作者與全社會(huì)的廣泛關(guān)注。橋梁施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)、巡檢養(yǎng)護(hù)、健康監(jiān)測(cè)是常采用的4大技術(shù)措施。橋梁施工監(jiān)控是指在施工過(guò)程中對(duì)大橋“施工一量測(cè)一識(shí)別一預(yù)測(cè)一調(diào)整一預(yù)告—施工”的循環(huán)過(guò)程，以保障大橋的施工安全，并使得最終成橋內(nèi)力和線形盡可能與設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。橋梁荷載試驗(yàn)是指在橋梁結(jié)構(gòu)施工完成交付運(yùn)營(yíng)前，或在橋梁使用過(guò)程中，進(jìn)行成橋靜動(dòng)載荷試驗(yàn)，測(cè)試大橋在標(biāo)準(zhǔn)最不利活載下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，評(píng)定結(jié)構(gòu)的工作狀況和承載能力，以驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求，是否可交付使用或是否可繼續(xù)使用。橋梁健康監(jiān)測(cè)是指在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)大橋的作用源(輸入)和作用響應(yīng)(輸出)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以評(píng)價(jià)大橋的適用性、安全性和耐久性，制定主動(dòng)、預(yù)防性的養(yǎng)護(hù)措施，是橋梁檢測(cè)的發(fā)展方向。巡檢養(yǎng)護(hù)是傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法，通過(guò)人工目測(cè)和人工無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁技術(shù)狀況評(píng)定，制定養(yǎng)護(hù)措施。施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)、巡檢養(yǎng)護(hù)、健康監(jiān)測(cè)分別為橋梁建造和運(yùn)營(yíng)期內(nèi)不同階段的工作內(nèi)容，具有不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)等過(guò)程中，由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，大多現(xiàn)有的各個(gè)系統(tǒng)以獨(dú)立的方式進(jìn)行運(yùn)作，缺乏全盤考慮，具有如下缺點(diǎn)(I)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部分儀器設(shè)備與施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)、巡檢養(yǎng)護(hù)重復(fù)設(shè)置，部分儀器在主體工程完工后不便或不能安裝，不能事先考慮與交通工程、主體工程的銜接，造成破壞與浪費(fèi)。(2)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用階段的各種響應(yīng)，而對(duì)結(jié)構(gòu)影響巨大的恒載效應(yīng)及施工過(guò)程信息已經(jīng)丟失，海量的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)稱為“信息孤島”。(3)由于軟件、硬件，數(shù)據(jù)采集、管理，識(shí)別、評(píng)估的不統(tǒng)一，造成健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很難與巡檢養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性融合，也不能有效整合施工監(jiān)控、成橋荷載試驗(yàn)信息，使得投入巨資的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性有限。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上缺陷，本發(fā)明提供一種四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將工程階段不同，服務(wù)目的不同的施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)、巡檢養(yǎng)護(hù)、健康監(jiān)測(cè)四個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性融合，實(shí)現(xiàn)四個(gè)系統(tǒng)的順序銜接、硬件資源和信息資源共享。建立一個(gè)全面、實(shí)用、先進(jìn)的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)從監(jiān)測(cè)信息的完整性、信息的銜接與綜合利用、經(jīng)濟(jì)性等方面均是最合理的。其技術(shù)方案為一種四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括施工監(jiān)控系統(tǒng)、荷載試驗(yàn)系統(tǒng)、巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四個(gè)部分I、施工監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)施工監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，其選型、位置和數(shù)量應(yīng)盡量兼顧健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需要。部分傳感器和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)可共用，但也應(yīng)注意到兩者對(duì)硬件要求的會(huì)有所不同。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部分儀器也必須在施工階段預(yù)埋、預(yù)留。橋梁施工監(jiān)控中的各個(gè)關(guān)鍵靜力工況，通過(guò)實(shí)測(cè)或參數(shù)識(shí)別，獲得結(jié)構(gòu)實(shí)際參數(shù)，建立一個(gè)包含內(nèi)力、線形誤差在內(nèi)的、更能真實(shí)反映橋梁實(shí)際狀態(tài)的分析模型。該模型為建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的初始基準(zhǔn)有限元模型提供了重要參考。2、荷載試驗(yàn)系統(tǒng)除作為通車前最后一道全面檢測(cè)工序外，還強(qiáng)調(diào)荷載試驗(yàn)的參數(shù)識(shí)別、模型建立與修正和建立初始基準(zhǔn)狀態(tài)等功能，為后期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供關(guān)鍵依據(jù)。荷載試驗(yàn)也可以利用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)獲取部分測(cè)試結(jié)果，故現(xiàn)場(chǎng)工作量很小；也可以根據(jù)荷載試驗(yàn)獨(dú)立的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)果校準(zhǔn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。3、巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)結(jié)合，能夠有效地掌握橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。這個(gè)綜合系統(tǒng)按照下面的策略進(jìn)行建立(I)狀態(tài)的改變通過(guò)力學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)獲取基本信息。
(2)損傷檢測(cè)主要通過(guò)人工目視巡檢與損傷傳感器直接檢測(cè)。結(jié)合方案(I)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)整體性參數(shù)，而巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要獲取局部、外觀和材料參數(shù)，兩者各取所長(zhǎng)。(2)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有限元模型更新可以充分利用人工巡檢的材料參數(shù)、局部缺陷等結(jié)果。(3)人工巡檢結(jié)果可以縮小健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)損傷識(shí)別的區(qū)域，指出損傷識(shí)別的重點(diǎn)范圍；而健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)損傷識(shí)別結(jié)果也是人工巡檢的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。(4)兩者的實(shí)質(zhì)融合可以各自發(fā)揮所長(zhǎng)，建立一個(gè)自動(dòng)與人工、整體與局部、定性與定量、客觀與主觀、模糊與準(zhǔn)確的綜合評(píng)估系統(tǒng)。4、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和狀態(tài)評(píng)估，觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為橋梁養(yǎng)護(hù)管理提供決策依據(jù)。四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息融合流程按以下步驟進(jìn)行⑴以設(shè)計(jì)狀態(tài)為基準(zhǔn)建立基準(zhǔn)有限元模型，并按施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)信息進(jìn)行修正。但應(yīng)注意，我國(guó)施工監(jiān)控沒(méi)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，交竣工驗(yàn)收試驗(yàn)對(duì)動(dòng)力試驗(yàn)的質(zhì)量沒(méi)有要求，必須對(duì)施工監(jiān)控和動(dòng)力試驗(yàn)提出明確要求，方能滿足健康監(jiān)測(cè)對(duì)基準(zhǔn)有限元模型修正的要求。(2)橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)引入健康監(jiān)測(cè)信息，并考慮巡檢養(yǎng)護(hù)信息和先驗(yàn)病害數(shù)據(jù)庫(kù)，可大大降低模型修正的難度和提高效率。(3)由于結(jié)構(gòu)的功能退化、結(jié)構(gòu)損傷、結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布等因素，結(jié)構(gòu)有限元模型是時(shí)變模型。當(dāng)前階段模型是基于前一階段模型和當(dāng)前階段損傷識(shí)別、內(nèi)力識(shí)別結(jié)果。(4)內(nèi)力識(shí)別結(jié)果可供安全評(píng)估使用。(5)以上(2)、(3)、(4)過(guò)程滾動(dòng)進(jìn)行。
本發(fā)明的有益效果(I)本發(fā)明包括的4大系統(tǒng)部分硬件資源共享。(2)本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)橋梁全壽命過(guò)程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，避免“信息孤島”。(3)本發(fā)明的技術(shù)方案充分利用4大系統(tǒng)的全過(guò)程信息，進(jìn)行傳感器優(yōu)化布置、初始基準(zhǔn)模型建立、模型修正、損傷識(shí)別、狀態(tài)評(píng)估等各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為解決制約橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題提供可行途徑。


圖I為四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)架結(jié)構(gòu)圖；圖2為四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連接布置圖；圖3為施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)與健康監(jiān)測(cè)的硬件連接示意圖；圖4為巡檢養(yǎng)護(hù)與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸示意圖；圖5為四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息融合流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠做到硬件和軟件資源共享，是一個(gè)自動(dòng)與人工、整體與局部、定性與定量、客觀與主觀、模糊與明確的監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。圖I為本系統(tǒng)總體框架，橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)硬件界面與銜接和主體工程及交通工程聯(lián)系起來(lái)，即四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是服務(wù)于主體工程和交通工程的，而主體工程和交通工程的監(jiān)測(cè)要求反過(guò)來(lái)又決定了橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各部分的實(shí)施方式。 四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮主體工程，并提供開(kāi)孔位置、開(kāi)孔尺寸、預(yù)埋件的安裝方式圖等技術(shù)資料。健康監(jiān)測(cè)和交通工程按照其管理功能進(jìn)行必要的優(yōu)化和整合原則上健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和交通工程系統(tǒng)各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行兩大系統(tǒng)相同或相近內(nèi)容的整合；環(huán)境監(jiān)測(cè)各項(xiàng)內(nèi)容中，溫度和風(fēng)的指標(biāo)最為關(guān)鍵，其各相關(guān)系統(tǒng)由健康監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)；橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的車速車軸儀與交通工程中的車輛稱重系統(tǒng)均具有稱重功能，但車軸車速儀不應(yīng)完全代替車輛稱重系統(tǒng)，而僅考慮車軸車速儀的交通量統(tǒng)計(jì)功能在交通工程中的應(yīng)用；雨量和氣壓指標(biāo)的將從交通工程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取。交通工程監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)慎用大功率電磁波設(shè)備，如必須使用，應(yīng)與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)承擔(dān)單位協(xié)商。管理者可以通過(guò)硬件界面與銜接工程實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理與維護(hù)。四位一體綜合系統(tǒng)是橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主體，所包含的施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)、巡檢養(yǎng)護(hù)和健康監(jiān)測(cè)四個(gè)部分是有機(jī)統(tǒng)一的整體。在傳統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，該四個(gè)部分往往是相互獨(dú)立的，從而限制了這四個(gè)部分所測(cè)得數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍。本健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)先在橋梁設(shè)計(jì)階段考慮，充分照顧到四個(gè)部分的有機(jī)結(jié)合過(guò)程。該四個(gè)部分既相對(duì)獨(dú)立，又有機(jī)統(tǒng)一。相對(duì)獨(dú)立指的是該四部分可以獨(dú)立或是同步實(shí)施，有機(jī)統(tǒng)一指的是該四部分最終要統(tǒng)一到橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。由該四部分得出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行基準(zhǔn)模型建立與修正、損傷識(shí)別，巡檢養(yǎng)護(hù)和健康監(jiān)測(cè)兩部分得到的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。通過(guò)信息融合技術(shù)最終得到結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。
如圖2 5，四大系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性融合按如下步驟進(jìn)行I、如圖2中的I施工監(jiān)控示意圖，施工監(jiān)控階段在梁體內(nèi)部預(yù)埋施工監(jiān)控系統(tǒng)所需的應(yīng)變、位移、溫度、索力等傳感器并預(yù)留連接線，部分健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需的傳感器如光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器、振弦式應(yīng)變傳感器、索力傳感器也需要在施工階段預(yù)埋。兩套系統(tǒng)的部分傳感器和數(shù)據(jù)采集站可以共用?？晒灿玫膫鞲衅魍?過(guò)電纜直接與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集站中的采集板卡相連，并連接筆記本電腦，使用基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的采集軟件結(jié)合采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所得數(shù)據(jù)直接存入計(jì)算機(jī)。施工監(jiān)控專用傳感器通過(guò)預(yù)留電纜直接與便攜式數(shù)據(jù)采集儀相連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)。通過(guò)兩種途徑采集到橋梁施工監(jiān)控中的各個(gè)關(guān)鍵靜力工況的數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)控制方法，實(shí)測(cè)或識(shí)別梁段重量、彈性模量、收縮徐變、張拉索力等關(guān)鍵參數(shù)，建立一個(gè)包含內(nèi)力、線形誤差在內(nèi)的、更能真實(shí)反映橋梁實(shí)際狀態(tài)的分析模型。2、如圖2中的2荷載試驗(yàn)示意圖，成橋后進(jìn)行荷載試驗(yàn)，可共用的傳感器通過(guò)電纜直接與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集站中的采集板卡相連，并連接筆記本電腦，使用基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的采集軟件結(jié)合采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，荷載試驗(yàn)專用傳感器在荷載試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)，通過(guò)電纜直接與便攜式數(shù)據(jù)采集儀相連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集站對(duì)橋梁的應(yīng)變、位移等靜力響應(yīng)以及動(dòng)力特性進(jìn)行全面采集，可降低荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集難度和工作量，并且大幅降低荷載試驗(yàn)成本；或者使用荷載試驗(yàn)獨(dú)立的測(cè)試系統(tǒng)用其結(jié)果校準(zhǔn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。舉例對(duì)施工監(jiān)控和荷載試驗(yàn)與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共用硬件進(jìn)行說(shuō)明。如圖3，在施工階段預(yù)埋光纖光柵應(yīng)變、溫度傳感器，施工監(jiān)控階段將光纖光柵解調(diào)儀放置在施工現(xiàn)場(chǎng)直接采集數(shù)據(jù)，荷載試驗(yàn)和健康監(jiān)測(cè)階段將光纖光柵解調(diào)儀放置在附近的監(jiān)控室采集數(shù)據(jù)；施工階段安裝的風(fēng)速風(fēng)向儀及環(huán)境溫濕度計(jì)，施工監(jiān)控階段采用便攜式數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)，荷載試驗(yàn)和健康監(jiān)測(cè)階段則使用數(shù)據(jù)采集站結(jié)合基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。此處僅為一實(shí)例，施工監(jiān)控和荷載試驗(yàn)與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共用的傳感器不局限于該例列舉的類型。3、根據(jù)成橋荷載試驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別、模型建立與修正和建立初始基準(zhǔn)狀態(tài)。4、如圖2中的3健康監(jiān)測(cè)示意圖，將預(yù)埋以及后續(xù)安裝的傳感器與數(shù)據(jù)采集站連接，采集站包括嵌入式控制器及采集板卡，采集板卡用來(lái)進(jìn)行模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的采集，嵌入式控制器用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。各種類型傳感器與采集站的連接I)光纖光柵溫度計(jì)和應(yīng)變計(jì)生成光信號(hào)通過(guò)光纖直接與控制中心的光纖光柵解調(diào)儀相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將所得光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；2)環(huán)境監(jiān)控的風(fēng)速風(fēng)向速儀、雨量計(jì)、環(huán)境溫濕度儀等生成的數(shù)字信號(hào)通過(guò)RS485接口直接接入就近采集站，采用數(shù)字信號(hào)采集板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在控制器中進(jìn)行預(yù)處理；3)結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)所用的應(yīng)變計(jì)、溫度傳感器、加速度傳感器、位移計(jì)等生成的模擬信號(hào)通過(guò)電纜直接接入就近采集站，采用模擬信號(hào)采集板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在控制器中進(jìn)行預(yù)處理；
4)視頻監(jiān)控信號(hào)通過(guò)光端機(jī)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，然后通過(guò)光纖傳回控制中心，再由光端機(jī)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器；各數(shù)據(jù)采集站所采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，由光端機(jī)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)傳輸至控制中心，再由光端機(jī)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，組成健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。5、建立完備的健康監(jiān)測(cè)控制中心，包括以太網(wǎng)交換機(jī)，進(jìn)行內(nèi)部通訊及組網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理與控制服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)一般由兩臺(tái)服務(wù)器和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)組成，一臺(tái)負(fù)責(zé)模擬和數(shù)字信號(hào)的處理與控制與實(shí)時(shí)顯示及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，另一臺(tái)負(fù)責(zé)視頻圖像的采集與管理。結(jié)構(gòu)狀況評(píng)價(jià)服務(wù)器，進(jìn)行基準(zhǔn)模型的修正與離線分析；歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。6、如圖2中的4巡檢養(yǎng)護(hù)示意圖及圖4，巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)采用移動(dòng)設(shè)備(智能手機(jī)、平板電腦)與管理中心服務(wù)器通訊。巡檢養(yǎng)護(hù)人員從管理中心服務(wù)器下載巡檢養(yǎng)護(hù)電子 表格，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后按客觀情況填寫相應(yīng)巡檢養(yǎng)護(hù)表格，并按照規(guī)范進(jìn)行評(píng)分，將現(xiàn)場(chǎng)照片、資料及巡檢評(píng)價(jià)結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊的方式可直接通過(guò)USB連接至控制中心的服務(wù)器或使用3G、GPRS、CDMA網(wǎng)絡(luò)登錄橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)站。巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)提供局部上直觀、準(zhǔn)確的信息，便于發(fā)現(xiàn)外觀和材料的局部缺陷，與健康檢測(cè)系統(tǒng)相輔相成。7、由四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)信息按如下步驟如圖5，實(shí)施信息融合(I)首先根據(jù)設(shè)計(jì)狀態(tài)建立基準(zhǔn)有限元模型，并按施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)信息進(jìn)行修正。(2)在步驟(I)的基準(zhǔn)有限元基礎(chǔ)上，進(jìn)行損傷識(shí)別，同時(shí)引入健康監(jiān)測(cè)信息，并考慮巡檢養(yǎng)護(hù)信息和先驗(yàn)病害數(shù)據(jù)庫(kù)，以降低系統(tǒng)修正的難度并提高損傷識(shí)別效率。(3)由于結(jié)構(gòu)的功能退化、結(jié)構(gòu)損傷、結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布等因素，結(jié)構(gòu)有限元模型是時(shí)變模型?；谇耙浑A段模型和當(dāng)前階段的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息進(jìn)行當(dāng)前階段的內(nèi)力狀態(tài)損傷狀態(tài)識(shí)別。(4)使用內(nèi)力識(shí)別結(jié)果進(jìn)行安全評(píng)估。(5)以上(2)、(3)、⑷循環(huán)更新。以上所述，僅為本發(fā)明所述方法較佳的實(shí)施方式。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括施工監(jiān)控系統(tǒng)、荷載試驗(yàn)系統(tǒng)、巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四個(gè)部分 所述施工監(jiān)控系統(tǒng)，橋梁施工監(jiān)控中的各個(gè)關(guān)鍵靜力工況，通過(guò)實(shí)測(cè)或參數(shù)識(shí)別，獲得結(jié)構(gòu)實(shí)際參數(shù)，建立一個(gè)包含內(nèi)力、線形誤差在內(nèi)的、反映橋梁實(shí)際狀態(tài)的分析模型； 所述荷載試驗(yàn)系統(tǒng)，作為通車前最后一道全面檢測(cè)工序，其具有參數(shù)識(shí)別、模型建立與修正和建立初始基準(zhǔn)狀態(tài)的功能； 所述巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，獲取局部、外觀和材料參數(shù)； 所述健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和狀態(tài)評(píng)估，觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的施工監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)健康監(jiān)測(cè)傳感器系統(tǒng)時(shí)，傳感器的選型、數(shù)量和位置在滿足健康監(jiān)測(cè)的前提下，兼顧施工監(jiān)控的要求，部分傳感器共用，橋梁施工監(jiān)控中，通過(guò)實(shí)測(cè)或參數(shù)識(shí)別，獲得結(jié)構(gòu)實(shí)際參數(shù)，建立一個(gè)包含內(nèi)力、線形誤差在內(nèi)的、反映橋梁實(shí)際狀態(tài)的分析模型，施工監(jiān)控成果作為橋梁全壽命期檔案過(guò)程的一部分，全部電子錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于橋梁服役期內(nèi)隨時(shí)調(diào)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的荷載試驗(yàn)系統(tǒng)，作為通車前最后一道全面檢測(cè)工序，選擇成橋荷載試驗(yàn)時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)作為橋梁的初始基準(zhǔn)狀態(tài)，橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中狀態(tài)改變均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行變化，成橋荷載試驗(yàn)成果作為橋梁全壽命期檔案過(guò)程的一部分，全部電子錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于橋梁服役期內(nèi)隨時(shí)調(diào)用，成橋荷載試驗(yàn)利用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)獲取部分測(cè)試結(jié)果，或者根據(jù)荷載試驗(yàn)獨(dú)立的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)果校準(zhǔn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)作為橋梁管理系統(tǒng)的一個(gè)信息源，維修健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，巡檢養(yǎng)護(hù)信息需更新到健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，信息融合按如下步驟進(jìn)行(I)以設(shè)計(jì)狀態(tài)為基準(zhǔn)建立基準(zhǔn)有限元模型，并按施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)信息進(jìn)行修正；(2)橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)引入健康監(jiān)測(cè)信息，并考慮巡檢養(yǎng)護(hù)信息和先驗(yàn)病害數(shù)據(jù)庫(kù)；(3)由于結(jié)構(gòu)的功能退化、結(jié)構(gòu)損傷、結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布等因素，結(jié)構(gòu)有限元模型是時(shí)變模型，當(dāng)前階段模型是基于前一階段模型和當(dāng)前階段損傷識(shí)別、內(nèi)力識(shí)別結(jié)果。(4)內(nèi)力識(shí)別結(jié)果可供安全評(píng)估使用。(5)以上步驟(2)、(3)、⑷循環(huán)更新。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種四位一體的橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括施工監(jiān)控系統(tǒng)、荷載試驗(yàn)系統(tǒng)、巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四個(gè)部分，本發(fā)明的技術(shù)方案能夠做到硬件和軟件資源共享，四位一體橋梁安全與健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)硬件界面與銜接和主體工程及交通工程聯(lián)系起來(lái)，利用施工監(jiān)控、荷載試驗(yàn)、健康監(jiān)測(cè)、巡檢養(yǎng)護(hù)的全過(guò)程信息，可建立基準(zhǔn)模型、進(jìn)行模型修正和損傷識(shí)別；利用健康監(jiān)測(cè)與巡檢養(yǎng)護(hù)結(jié)果，可進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，是一個(gè)自動(dòng)與人工、整體與局部、定性與定量、客觀與主觀、模糊與明確的監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。適用于橋梁工程領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E01D1/00GK102720119SQ20121019073
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者吳向男, 徐岳, 李斌, 梁鵬, 王旭, 郭立明 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)