桥梁健康自动监测系统在万州大桥的应用

邬富文

摘 要：城市桥梁与人们的生命与财产安全息息相关，必须对桥梁的运行状况进行监测，文章将通过对桥梁健康自动监测系统在万州大桥的实际应用，进一步阐述对桥梁结构进行自动化监测的重要性，以供参考。

关键词：城市桥梁；变形；健康监测系统；运营；安全

中图分类号：U441 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0129-02

Abstract： The municipal bridge is closely related to people's life and property safety. So it is necessary to monitor the operation of the bridge. This paper will use the automatic monitoring system of bridge health in Wanzhou Bridge. The importance of automatic monitoring of bridge structure is further expounded for reference.

Keywords： municipal bridge； deformation； health monitoring system； operation； safety

1 概述

面对日益多样增加的运输任务和复杂多变自然环境，桥梁及其构造物损毁和局部损伤频发。因此，城市桥梁管养单位有必要采用安装桥梁健康自动化监测系统的方法，对桥梁的运行状况进行监测，及时发现桥梁病害并采取补救措施，保证桥梁安全运营，促进城市桥梁管养水平的提高。

2 桥梁健康自动监测系统

桥梁健康自动监测系统，是一个以桥梁结构为平台，结合实时监测与人工定期检测的优势，应用现代传感、通信和网络技术，以实现对桥梁在未来运营过程中健康状况的实时动态监测的系统，并能及时发现和预警桥梁潜在的危险，为桥梁的安全运营、管理和养护维修提供科学的数据支持。对于不同结构类型的桥梁和用户的具体需求，可依据实际情况制定适宜的监测方案。

桥梁健康自动监测系统的主要功能有：（1）具备桥梁监测数据的自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警等功能，全天候实时监控。（2）具备基础资料管理、监测内容实时显示、图形报表、数据备份、掉电保护、自诊断及故障显示功能。（3）恶劣天气下连续监控，在暴雨、冰雹、洪涝等恶劣环境下，系统可连续工作，实时传输数据，做到恶劣环境下桥梁的有效监控。（4）通过桥梁运行期的定量安全评价和监测指标数据进行分析，可实现桥梁结构稳定性趋势分析。（5）分级、多重预警。当桥梁监测数据出现异常信息时，系统自动进行预警；报警信息通过短信模块、现场报警、网络等多种方式将信息及时传达给相关权限管理人员，提示后台人员及时对桥梁结构当前状态进行安全评估。（6）应急预案处理建议。系统可以在桥梁结构出现险情后给出应急预案建议，通过专家库系统，及时采取人员介入、封路分流、维修加固等应急处理方案，降低事故发生的可能性。

重庆市万州区万州大桥采用了招商局重庆交通科研设计院有限公司自主研发的桥梁监测系统。该系统总体架构以云计算为基础，无需用户构建监控中心，无需购买物理服务器，成本较低，且具有非常高的灵活性、稳定性和可维护性。

3 监测系统在万州大桥的应用

3.1 万州大桥的现状

重庆市万州区万州大桥是连接万州磨刀梁与蚂蝗坪的城市桥梁，跨越苎溪河，建成于2001年4月28日，建成后中央高程为220m，桥面全宽为净15m（行车道）+2×2.5m（人行道）。主孔为3孔120m带两边跨75.40m的钢管混凝土组合桁架连续刚构，引孔为25m预应力混凝土空心板，桥面连续。孔跨布置从磨刀梁岸到蚂蝗坪岸为4×25m简支空心板+75.4+3×120+75.4m连续刚构+3×25m简支空心板，全桥长709.8m。设计荷载等级：汽-超20，挂车-120级，人群荷载3.5kN/m2。

万州大桥定期结构检测报告表明，4#、9#端横梁混凝土上存在多条竖向、横向和斜向裂缝，最大裂缝宽度达0.9mm，并存在支座上钢板滑移、倾斜等多种病害。另外，桥梁管养单位在日常巡查时发现在车辆荷载作用下，万州大桥主梁左右挠度变化不一致。因此，有必要对万州大桥采用桥梁健康自动监测系统进行监测，保证桥梁运行安全，并为今后同类桥梁的设计、管养提供参考数据。

3.2 万州大桥结构分析与监测测点布设

万州大桥主跨为钢管混凝土组合桁架连续刚构，由桁架杆件组成，尽管整体上看钢桁架桥以受弯和受剪为主，但具体到每根桁架杆件则主要承受轴向力。与实腹梁相比，用稀疏的腹杆代替整体的腹板，从而节省钢材和减轻结构自重，又由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少，钢桁梁可做成较大高度，具有较大的刚度及更大的跨越能力。此类桥梁的常见结构病害为桁架杆件损坏，尤其是随着交通量的增大，杆件损伤将进一步加剧。监测系统设计单位采用三维有限元分析软件Midas Civil 2015建立整体空间有限元模型，共有节点1780个，单元4784个，通过模拟计算得出结论：在温度荷载+活载作用下，第5跨跨中竖向位移值达85.2mm；若桥梁结构存在失效支座，在车辆荷载作用下，结构两侧挠度会明显不一致，而且支座失效对相邻桥跨挠度影响较大，随着距离增大，支座失效对主梁挠度的影响逐渐减弱，且支座失效对跨中两侧挠度不一致的影响远大于单根杆件失效对跨中挠度的影响。

结合万州大桥的当前病害情况，自动监测内容和位置选取见图1。

另外，在万州大桥磨刀梁侧桥头安装的超载监测系统、视频监控系统和4#9#端横梁上安装的裂缝监测系统一并纳入该系统，共同組成万州大桥桥梁健康自动监测系统。endprint

3.3 监测系统用户界面

用户界面子系统是运营桥梁健康自动监测系统的终端窗口，是桥梁管理和维护人员了解、查询桥梁结构各种监测信息的交互式平台。完整的运营监测系统不但需要面对专业技术人员和管理人员，也必须面对其他用户，例如政府职能管理部门等，用户界面系统应综合考虑用户的各种需求。在监控中心，专业技术人员应能很方便的对大桥各种监测数据和评估结果进行详细查看和处理；此外，一般桥梁管理人员、业主、专家和政府监管部门等其他人员在不同时间、地点都能查阅到桥梁的相关监测信息。

针对不同的用户使用要求，结合最新的云平台技术，万州大桥用户界面系统综合B/S架构和C/S架构优势，采用位于监控中心的服务器和远程终端完成各种功能。用户界面子系统由两个独立木块组成，即Web门户网站子系统和离线监测软件子系统。

Web门户网站采用B/S架构，结合GIS技术设计，主要展示用户管辖桥梁的详细信息、测点布设情况、实时监测数据、最近一段时间的历史数据和预警信息。

离线监测软件子系统相较于Web门户网站，该平台提供了更強大的数据展示能力，主要包含以下功能：查看桥梁的先关信息及传感器数据，并结合桥梁三维模型实时显示最新采集到的测点数据，对异常数据进行报警；提供传感器历史数据的查看，以波动曲线的方式呈现给用户；查看桥梁的定期、日常检查报告；根据检测报告和监测数据为用户生成安全评估结果。其中各类数据分析和安全评估功能，是通过调用相应的后台程序完成，这里仅提供交互、发布和显示功能。

桥梁管养人员通过用户界面，可以随时随地查询监测部位的裂缝宽度、挠度、应变随温度、时间变化曲线，及时了解桥梁的当前状态，并在监测数据发生异常时得到系统的预警通知。

3.4 小结

通过在万州大桥安装桥梁健康自动检测系统，结合日常巡查情况，桥梁管养人员可以直观、实时了解桥梁关键部位的应变、裂缝发育、超载车辆的情况，根据历史数据的变化、维护保养的记录、已建成数据等多种大数据，进行综合数据的挖掘、分析，可以准确把握桥梁结构当前的运行状态，确保桥梁运营安全。

4 结束语

综上所述，在城市桥梁结构中应用桥梁健康自动监测系统，能够实时地对城市桥梁状况进行监测，为桥梁的管理与养护提供可靠的数据依据，促进桥梁工程整体管理水平的提高，减少因桥梁自身结构问题引发的安全事故，使得城市桥梁更好地服务于人民。

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