DB34∕T 3703.1-2020 长大桥梁养护指南 第1部分:结构安全监测系统布设指南.docx
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1、ICS93.040CCSP2834安徽省地方标准DB34/T3703.12020长大桥梁养护指南第1部分:结构安全监测系统布设指南GuideforthemaintenanceoflongspanbridgesPart1:Guideforthedeploymentofstructuralsafetymonitoringsystem2020-11-27发布2020-12-27实施安徽省市场监督管理局发布DB34/T3703.12020前言本文件按照GB/T1.12020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
2、责任。本文件由安徽省交通控股集团有限公司提出。本文件由安徽省交通运输厅归口。本文件起草单位:安徽省交通控股集团有限公司、苏交科集团股份有限公司。本文件主要起草人:张尤平、曹威、张立奎、杨洋、张小丹、蒋家君、黄维树、蔡传勇、刘守苗、郑倩雯、张旭、周丞、李洁、李阿坦、张宇峰、徐一超、承宇、徐嵩。IDB34/T3703.12020长大桥梁养护指南第1部分:结构安全监测系统布设指南1范围本文件规定了长大桥梁安全监测系统的总体设计、监测内容、传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据存储与处理子系统、数据预警与结构评估子系统的相关技术要求。本文件适用于长大桥梁的结构安全监测系统,对于其他桥梁结构安全监测系
3、统亦可参照使用。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/T21296(所有部分)动态公路车辆自动衡器GB/T50132工程结构设计通用符号标准IEEE802.3信息技术系统间的通信和信息交换局域网和城域网特殊要求第3部分:载波检测多址存取采用冲突检测(CSMA/CD)的存取方法和物理层规范Ethernet(IEEEComputerSociety)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1安全监测系统safetymonitori
4、ngsystem一种集传感、数据采集与传输、结构状态参数与损伤识别、性能评估与预测技术为一体的自动化、信息化监测系统,主要由传感器和采集仪器等硬件设备,以及数据分析和结构分析等软件系统构成。3.2长大桥梁longspanbridge总长1000m以上或单跨150m以上的桥梁。3.3环境参数environmentalparameter桥梁所在区域的自然环境参数,如风速风向、温度、湿度和降雨量等。3.4损伤识别damageidentification利用结构的响应数据来分析结构物理参数的变化,进而识别结构的损伤的过程。4总体设计4.1一般规定4.1.1系统应进行总体设计,宜与桥梁主体结构同步设计、
5、同步施工、同步运行。4.1.2系统应实现数据自动化采集和传输,并具备数据在线显示和预警功能。1监测类别监测项目监测位置优先级布设时间应选可选施工期运营期荷载与环境类车辆荷载桥面地震墩顶承台【a】船舶撞击桥墩、主梁风速风向桥面温度大气环境桥面混凝土表面钢结构表面湿度大气环境梁内【b】降雨量桥面结构响应类振动桥墩、主梁变形主梁竖向DB34/T3703.120204.1.3监测点宜布设在结构反应最不利处或已损伤处,并准确地反应结构的静、动力特性。4.1.4监测内容应合理利用结构的对称性原则,对测点布设方案进行优化。4.1.5系统设计应具有适度冗余,以确保其可靠性,并满足系统未来改进、扩充和升级的需要
6、。4.1.6系统布设前应编制施工组织设计文件,在实施过程中落实各项安全保障、环保要求和措施。4.1.7现场设备安装及线缆布设工艺应符合下列规定:a)应采取措施避免线缆受接触不良、电磁干扰等,不影响传感器、采集设备及通讯设备的关键性能技术指标;b)应采取措施防锈蚀、防老化和防人为破坏,并做好防雷、防盗等安全措施;c)设备安装及线缆布设工艺应整洁规范,不影响桥梁外观;d)系统实施不应造成对桥梁结构及其附属设施的破坏,不影响其正常使用功能。4.2系统架构4.2.1系统宜采用B/S架构,宜与桥梁巡检和养护管理系统相结合。4.2.2系统各功能模块之间应能相互独立,并通过系统集成为统一协调的整体。4.2.
7、3系统应能实现桥梁监测信息的归档、查询、存储、管理和评估等功能。5监测内容5.1一般规定桥梁安全监测系统所监测的内容可以分为下述两类:a)荷载与环境类:包括车辆荷载、地震、船舶撞击、风速风向、温度、湿度和降雨量等;b)结构响应类:包括振动、变形、位移、应变、裂缝、索力、腐蚀和疲劳等。5.2监测内容5.2.1梁桥监测内容按表1合理选择。表1梁桥监测内容2监测类别监测项目监测位置优先级布设时间应选可选施工期运营期荷载类车辆荷载桥面地震墩顶承台船舶撞击桥墩、主梁环境类风速风向桥面拱顶温度大气环境桥面拱圈混凝土表面钢结构表面湿度大气环境梁内降雨量桥面结构响应类振动桥墩、主梁拱顶变形主梁竖向主梁横向拱顶
8、偏位拱脚移位墩顶位移梁端纵向支座监测类别监测项目监测位置优先级布设时间应选可选施工期运营期结构响应类变形主梁横向墩顶位移梁端纵向支座应变主梁断面、体内或体外预应力筋裂缝混凝土结构表面腐蚀钢筋腐蚀疲劳钢箱梁a)注:地震设防烈度不同,其优先级有所不同。随着地震设防烈度提升,其优先级提升;对于连续刚构桥或曲线梁桥,其优先级要适度提升;b)对于钢桥或有除湿系统的桥梁,其优先级应提升为应选。DB34/T3703.12020表1(续)5.2.2拱桥监测内容按表2合理选择。表2拱桥监测内容3监测类别监测项目监测位置优先级布设时间应选可选施工期运营期荷载类车辆荷载桥面地震墩顶承台船舶撞击桥墩、主梁环境类风速风
9、向桥面塔顶温度大气环境桥面混凝土表面钢结构表面湿度大气环境梁内塔内锚固区降雨量桥面结构响应类振动主梁桥墩变形主梁竖向主梁横向墩顶塔顶偏位/倾角位移梁端纵向支座应变主梁断面体内体外预应力筋裂缝混凝土结构表面索力斜拉索腐蚀钢筋腐蚀疲劳斜拉索、钢箱梁监测类别监测项目监测位置优先级布设时间应选可选施工期运营期结构响应类应变主梁断面主拱断面裂缝混凝土结构表面索力吊杆系杆腐蚀钢筋腐蚀疲劳钢箱梁DB34/T3703.12020表2(续)5.2.3斜拉桥监测内容按表3合理选择。表3斜拉桥监测内容4监测类别监测项目监测位置优先级布设时间应选可选施工期运营期荷载类车辆荷载桥面地震墩顶承台船舶撞击桥墩、主梁环境类风
10、速风向桥面塔顶温度大气环境桥面混凝土表面钢结构表面湿度大气环境梁内塔内锚固区锚锭及索鞍内降雨量桥面结构响应类振动主梁桥墩变形主梁竖向主梁横向墩顶主缆塔顶偏位/倾角位移梁端纵向锚碇支座应变主梁断面裂缝混凝土结构表面索力吊杆锚跨索股腐蚀钢筋腐蚀疲劳吊杆、钢箱梁DB34/T3703.120205.2.4悬索桥监测内容按表4合理选择。表4悬索桥监测内容6传感器子系统6.1一般规定6.1.1传感器子系统设计应包括传感器选型及监测位置选择、传感器性能参数和传感器布设。6.1.2传感器子系统可由荷载类、环境类和结构响应监测三类传感器组成,应能实现桥梁荷载数据、环境数据、结构各类响应数据的获取。5监测项目传感
11、器类型监测位置荷载类车辆荷载动态称重系统(压电薄膜传感器、石英晶体传感器等)主桥上下行路基段、引桥段地震加速度传感器桥墩底部、承台顶部船舶撞击加速度传感器、位移计、高清视频摄像系统桥墩、主梁底部环境类风速风向超声风速仪、机械式风速仪桥面、索塔塔顶、拱顶温度温度传感器大气环境、结构表面湿度湿度传感器大气环境、箱梁内、塔内锚固区、主缆、锚锭及索鞍内降雨量雨量计桥面结构响应类振动加速度传感器主梁、拱顶、桥墩顶部、索塔塔顶、吊杆、斜拉索变形全球导航卫星系统(GNSS)、倾角仪、液压连通管系统、位移计主梁、墩顶、索塔塔顶、拱顶、拱脚、主缆位移位移传感器支座、伸缩缝、锚碇应变振弦式应变传感器、光纤光栅应变
12、传感器、焊接式电阻应变传感器主梁截面、主拱截面、体内或体外预应力筋裂缝光纤光栅式裂缝计、振弦式裂缝计、导电涂料传感器混凝土结构表面索力加速度传感器、磁通量传感器、锚索计吊杆、斜拉索、主缆(锚室内散索鞍后单根索股)腐蚀腐蚀传感器钢结构、拉索、主缆及锚具疲劳应变传感器斜拉索、钢箱梁、吊索性能参数要求量程传感器被测量参数宜处在整个量程的8090之内,且最大工作状态点不能超过满量程。DB34/T3703.120206.1.3传感器分为埋入式和表贴式两类,其使用年限要求分别如下:a)埋入式:预埋于结构内部,传感器及其附属设施(含预埋安装件)的正常使用年限应不低于20年;b)表贴式:附着安装在结构表面,传
13、感器及其附属设施(含表贴式安装所需预埋件、及必要的检修平台和通道)的正常使用年限应不低于5年。6.1.4传感器安装前应校准或标定,系统运维过程中也应定期标定或自校。6.2传感器选型及测点选择根据桥梁位置及结构特点,传感器类型及监测位置按表5合理选择。表5传感器类型及测点选择6.3传感器性能参数要求传感器性能参数要求如表6。表6传感器参数要求6性能参数要求采样频率应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率,如在对结构加速度等动态反应监测时,传感器采样频率应为需监测到的结构最大频率的2倍以上,为了避免混频现象,采样频率宜为结构最大频率的34倍。线性度传感器应具有良好而稳定的线性度,在对结构位移及
14、应变等反应进行监测时需要满足较高的线性度要求。灵敏度传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比。分辨率传感器应具有良好而稳定的分辨率,且不应低于所需监测参数的最小单位量级。迟滞传感器应具有满足监测要求且足够小的迟滞差值。重复性传感器应具有良好而稳定的重复性。漂移应严格控制传感器测量值的漂移,如漂移由温度等环境因素产生,应同时对环境因素进行监测。供电方式应根据实际情况和监测要求确定不同类型的供电形式,力求供电形式灵活。使用环境应根据结构实际的环境因素选择满足使用环境温度、湿度等要求的传感器。寿命应根据结构安全监测的时间或周期选择满足使用年限的传感器,并充分考虑置换方案和时间。DB34/T3703.1
15、2020表6(续)6.4荷载类监测传感器布设要求6.4.1车辆荷载监测应符合下列规定:a)宜采用动态称重设备监测,传感器宜布设于有稳定支撑的混凝土铺装层内,应覆盖所有车道;b)车辆荷载设备宜采用不停车方式,动态称重系统传感器的设备宜采用不停车方式,动态称重传感器的设备技术参数和安装方法应符合GB/T21296(所有部分)的相关规定;c)量程应不小于限载车辆轴重的200;应具备数据自动采集功能,现场存储能力不宜少于14天。6.4.2地震监测应符合下列规定:a)地震监测宜采用强震动记录仪或三向加速度传感器监测;b)地震监测宜考虑地面运动的非一致性,在梁侧与桥墩底部各设一套传感器;对于连续长度大于8
16、00m桥梁,宜考虑地面运动的非一致性,在梁侧与桥墩底部各设一套传感器。6.4.3船舶撞击荷载监测分为桥墩和主梁监测,桥墩监测宜采用加速度传感器监测,主梁监测宜采用拉绳式位移计监测,测点宜选择易受船舶撞击的位置。6.5环境类监测传感器布设要求6.5.1风速风向监测应采用三向超声风速仪或机械式风速仪,且应符合下列规定:a)风速仪宜布设在桥面和塔顶,安装位置应使其能够监测自由场风速;b)处于台风区域的桥梁,宜选择三向超声风速仪;c)风速仪宜安装在专用钢结构支架上,支架应具有足够的刚度和强度,与桥体连接牢固,并满足抗风抗震要求;支架伸出桥梁箱梁主体结构上下翼缘两侧或伸出桥塔、拱顶宜不少于2m。特殊条件
17、下,风速仪可以安装在桥梁辅助构件上,但应避免结构对风速仪测试数据的影响。6.5.2温度监测应符合下列规定:a)温度监测宜选择热电偶温度传感器、热电阻温度传感器和光纤光栅温度传感器,每种类型的选择应依据监测构件、部位的特殊性以及应变传感器的选型等情况再确定;b)温度传感器应布设在主梁跨中截面、桥塔、拱圈等关键构件,并根据截面温度梯度及结构体系整体升、降温和空间分布,通过有限元模拟或参考相关桥梁设计规范确定布设位置;7DB34/T3703.12020c)温度传感器的布设位置应避免太阳直射和传感器直接受力部位;温度传感器的布设位置宜与施工监控、应变温度补偿传感器共享;温度传感器的监测精度不宜低于0.
18、2,测量分辨率不宜低于0.1。6.5.3湿度监测应符合下列规定:a)湿度传感器宜选择毛发湿度计、干湿球湿度计、氯化锂湿度计、电阻电容湿度计、电解湿度计,也可选择其他可靠的湿度计;应考虑监测构件、部位的特殊性后综合选择,且应固定在结构构件内外表面;b)湿度传感器宜布设在结构内外湿度变化较大和对湿度敏感的构件内外部;对斜拉桥,宜在斜拉索的锚头、箱梁内外布设;对悬索桥,宜在箱梁内外布设;c)湿度传感器范围宜选择0-100RH;湿度监测精度不宜低于3RH。6.5.4降雨量监测应符合下列规定:a)降雨量监测可选用电容雨量计、红外散射式雨量计、单翻斗雨量计,应根据监测构件和部位具体情况和要求选定;b)雨量
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