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桥梁在线监测系统解决方案
桥梁在线监测
解决方案
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桥梁在线监测系统解决方案
目录
1、概述..............................................................................................................................1
2、监测内容......................................................................................................................1
3、系统构成......................................................................................................................2
..............................................................................................................4
..............................................................................................................4
4、监测系统主要设备介绍..............................................................................................5
5、方案............................................................................................................................15
....................................................................................................15
....................................................................................................15
............................................................................................16
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桥梁在线监测系统解决方案
1、概述
随着我国公路、铁路桥梁事业的发展,桥梁越来越多,同时既有的许多桥梁
亦逐渐进入了养护维修阶段,有关专家认为桥梁使用超过25年以上则进入老化
期,据统计,我国桥梁总数的40%已经属于此范畴,均属“老龄”桥梁。而且
随着时间的推移,其数量还在不断增长,桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视
。为了适应公路运输载重量不断发展的要求,充分利用现有的公路桥梁,使之能
继续安全地为公路运输服务,根据交通部颁布的《公路养护技术规范》要求,必
须对桥梁进行鉴定。
随着各地如火如荼地发展桥梁,接踵而来的桥梁施工事故也频频敲响了安
全生产的警钟。
屡屡发生的桥梁施工事故让人触目惊心,原因可能不尽相同,地质、勘察、
设计、施工、监理等过程,每个方面的疏忽都可能酿成安全事故,但有一点是可以
肯定的,事故折射出的是安全施工监测技术和手段的不足,以及施工安全管理和监
管力度的欠缺。桥梁施工中的高技术含量和高风险性无不需要强烈的安全意识、周
密的安全管理和严格的安全监管来实现,桥梁工程很大程度上就是一项考验安全管
理的工程。而坍塌等事故频发,不仅仅是技术上的失误,也是安全意识的坍塌。
为了随时了解桥梁施工状态,对突发事故进行提前预警,维护桥梁施工的
安全和社会稳定,让类似于杭州桥梁塌方这样的悲剧不会再次上演,对桥梁施工安
全监测已经刻不容缓!YS桥梁监测系统是利用现代电子、信息、通信及计算机技
术,可实现对桥梁监测指标的实时采集、实时传输、实时预警。亦可用于非长期或
人工形式的监测检测中。
2、监测内容
桥梁在线监测可分为施工期监测和运营期监测两部分,监测项目基本相同,
主要有以下几部分
1)环境监测
1:.
桥梁在线监测系统解决方案
环境监测主要为温度、湿度、风速(大跨径桥梁)等,主要采用温度计、湿
度计、风速传感器等
2)变形监测变形监测主要针对沉降、水平位移、倾斜、挠度等进行监测,主
要采用GPS、
位移计、固定式测斜计、位移计、静力水准仪、裂缝计等;3)应力应变监
测
主要针对混凝土结构表面、内部应变、钢筋受力、钢索受力等。主要采用表
面应变计、埋入式应变计、钢筋计、锚索计、轴力计等;
4)动静态荷载试验监测桥梁在动态或静态荷载时桥梁的变化情况,结合分析
软件可掌握桥梁的
自振频率、冲击系数、疲劳分析等,对桥梁的稳定性进行评估,主要采用加速度传
感器、拾振器、应变片等
综合以上内容,桥梁在线监测项目及采用设备汇总如下表:
监测项目及指标监测设备
温湿度温度传感器
环境监测
风速风速传感器
沉降GPS、静力水准仪
倾斜固定式测斜计、测斜尺
变形监测
挠度挠度仪、位移传感器
裂缝裂缝计
应力应变监测表面应变计、埋入式应变计、钢筋计、锚索计、轴力计
荷载试验应变片、拾振器、加速度传感器、动/静态应变仪
表1桥梁在线监测指标及设备
3、系统构成
桥梁在线监测系统主要有以下几部分组成:
1)数据感知部分(各监测指标各类型传感器);
2)数据采集部分(采集单元);
3)数据传输部分(有线、无线);
4)控制分析部分(软件)。系统拓扑结构示意图见
图1
2:.
桥梁在线监测系统解决方案
GPS
表面应变计应变片
静力水准仪
埋入式应变计拾振器加速
温度计挠度仪位
钢筋计度传感器
风速计移计
锚索计动态应变仪
统感固定式测斜
轴力计静态应变仪
知仪
裂缝计
系
环境监测变形监测应力应变监测荷载监测
统采
集振弦采集仪数字采集仪动/静态应变仪
系
YS监测及采集单元
统传WIFI/3G/GPRS/Zigbee有
无
线
输
线
传
系传
输
输
统控
打印机
制
分
管理服务器YS监测系统软件
析
系数据库
图1桥梁在线监测系统拓扑图
1)可实现24小时连续观测,满足高精度桥梁隧道、基坑监测的需要。
2)能够进行长期、稳定、不间断运行,数据传输和发布具有保密性和可靠性,真正做到无
人值守,放心又省心。
3:.
桥梁在线监测系统解决方案
3)具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户
管理、安全管理等功能;能进行超短基线解算、已知点符合归算、坐标计算、精
度估算。
4)通过计算实现数据处理分析为工程施工提供及时的反馈信息;能够掌握
桥梁结构和相邻环境的变形和受力情况,对可能出现的险情和事故提出警报,确
保整个桥梁施工进程的安全。
5)当施工或运营过程中发生潜在危险的时候,可以实现提前预报警,提前
采取预防措施,减少事故的发生概率。
1)数据采集快可根据客户的要求进行指定时间采集、按时间表采集等各种
采集方式;2)监测精度高
YS桥梁监测系统都采用长期应用证明稳定的国内、国外传感器、保证了监
测精度;
3)硬件层次少系统组成简单、结构清晰、运行稳定、
维护方便;4)分析手段多
能生成各种报表、曲线、图片;5)信息发布
快
能对监测数据进行初步的分析和简单的评价,并可根据事先设定的预警值进
行报警,报警可实现手机短信、邮件、声光报警器等方式。
1)数据采集快可根据客户的要求进行指定时间采集、按时间表采集等各种
采集方式;2)监测精度高
YS桥梁监测系统都采用长期进事件证明稳定的国内、国外传感器、保证了
监测精度;
4:.
桥梁在线监测系统解决方案
3)硬件层次少系统组成简单、结构清晰、运行稳定、
维护方便;4)分析手段多
GPS可解算出监测点的三维坐标,能生成各种报表、曲线、图片;5)信息
发布快能对监测数据进行初步的分析和简单的评价,并可根据事先设定的预
警值进
行报警,报警可实现手机短信、邮件、声光报警器等方式。
4、监测系统主要设备介绍
1、9980标准温度计(原装进口)
9980标准型温度计是由不锈钢外壳、内部热敏电阻、电磁线圈和电缆线组
成。当温度变化,感应器内部热敏电阻阻值改变,
透过电阻-温度转换公式将电阻读数转化为温度。
9980温度计主要用于混凝土及大地工程中
测量温度,包括:
◆监测混凝土固化过程的温度上升情况。
◆监测液化天然气储液槽附近地区土壤温度。
◆监测大地工程仪器安装后的温度影响。
◆水库和地下井水温度测量。详细
规格
操作温度:-40℃至+120℃灵敏度
:%:±%.
长度:160mm外径:
:300系
列不锈钢
2、YS-FS100风速触感器
FS100风速传感器是具有高灵敏度、高可靠性的风速观测仪器。采用三风杯
式传统风速传感器结构,风杯的旋转带动内部锯齿状红外栅栏转动,再经过红外
5:.
桥梁在线监测系统解决方案
效应变成脉冲信号进行采集,经过精密微芯计算得到风速值。该方式测风速动态
特性好,测量平滑。本仪器有多样化输出,多种输入可选,方便客户搭配各种嵌
入式系统或工业集成系统。
技术参数测量范围:0
~45m/s分辨率:
精确度:±:≤
供电方式:DC5V/DC12V/DC24V
输出形式:脉冲信号/电压0--20mA/TTL电平/RS232/RS485
线缆长度:
工作环境:温度-40℃~+50℃/湿度≤100%RH防护等
级:IP45
3、GPS
N200接收机内置OEMStar单频板卡,该板卡是加拿大NovAtel公司推出的一
款高性能低成本的GNSS接收板卡,是目前市场上
体积最小、功耗最低、可支持GPS+GLONASS的高精度、高灵敏度、高稳定性的
板卡。
N200型GPS主要技术参数如下:
功能指标
位置精度垂直:5mm+1ppm;水平:3mm+1ppm(基线5km之内)
通讯接口2个RS-232通信口
首次定位时间热启动:<35s;冷启动:<65s
重捕获时间L1:<(典型值)
输入电压9~32VDC输入
时间精度20ns
灵敏度-80~-105dBm(天线输入电平)
工作温度-40℃~+75℃
湿度95%无冷凝
表2N200GPS技术指标
4、静力水
准仪
6:.
桥梁在线监测系统解决方案
静力水准仪沉降监测系统是由静力水准仪、数据采集仪、数据通信电缆、数
据采集软件等组成,通过监控室内监控主机控制数据的采集,并可进行数据的分
析、整理等工作。
静力水准仪是由一系列智能液位传感器及储液罐组成,储液罐之间由连通管
连通。基准罐置于一个稳定的水平基点,其他储液罐置于标高大致相同的不同位
置,当其他储液罐相对于基准罐发生升降时,将引起该罐内液面的上升或下降。
通过测量液位的变化,了解被测点相对水平基点的升降变形。主要有以下配件组
成:静力水准仪传感器、静力水准仪储液罐、静力水准仪支架、静力水准仪通液
管、浮球。
1)YS-250系列静力水准仪(国产)
主要技术参数
测量范围(mm):50-400
分辨力(mm/F):≤
温度测量范围(℃):-20~80温度
测量精度(℃):±
2)9675连通管式沉降计(原装进口)主要技
术指标
量测范围:150mm,300mm,600mm,
1000mm(1m)操作温度:-20℃至+80℃
精确度:±%:
%.
长度x外径:680mmx100mm(300mmType)
固定架尺寸:160mmx140mmx10mm
6、位移计
9425振弦式伸缩仪的内部包括一根振动钢弦组件固定于一组经过高温热处
理之伸缩弹簧组件,当仪器前端之伸缩杆件受外力影响而伸缩时,内部钢弦的张
力将因此递增或衰减,其共振频率随之改变。使用振弦式读数仪或自动化集录器
可以测得该共振频率进而精确推算出其变位量。
安装本仪器时请远离讯号干扰源如:高压电塔、变电所、发电机、天线、马
7:.
桥梁在线监测系统解决方案
达、电焊机等并且确实接地(包括仪器端及自动化主机端)。勿将仪器电缆线与电源
管线埋设在一起,此举将造成仪器讯号频率被电流干扰,难以稳定测读。
主要技术参数量测范围:
50,100mm操作温度:-20
℃至+80℃仪器长度:
280mm感应线长度:2m
感应频率范围:1200~3500Hz非线性:
<%.
灵敏度:%.
7、YS-410固定式测斜仪
1)YS-410固定式测斜计(国产)
YS-5100型硅微式固定倾斜仪用在常规便携式测斜仪难于现场测读的场合
以及各种岩土体及钢结构的数据远传式变形监测,广泛适用于长期埋设在水工
建筑物或其他混凝土建筑物(如港口岸边)、高层建筑、地下建筑物、隧道收
敛、桥拱体收敛变形、岩土边坡内部或表面等,测量基础或结构物倾斜后垂直
方向水平位移(变形)或水平方向沉降(隆起)变位等。本型号产品具有多种
结构形式,更辅以不同的安装附件可充分满足各种不同的安装需要。
性能特点
1、水平、垂直表面安装,钻孔分层安装,隧道收敛、桥拱变形监测,使用
范围广;
2、长期稳定,高防水性能;
3、单轴、双轴测量,可任意选取。
4、采用硅微差分工作原理,灵敏度、精度高,不受温度影响。
5、传感器采用差分信号输出,提高了产品的灵敏度,并显著减小共模噪声。
电路中采用16位精密的连续自校准的A/D转换器,充分保证倾角传感器的精度。特
别指出的是在485输出接口加有浪涌吸收电路,防止雷电感应、静电脉冲,同时
对接口的热拔插起到了很好的保护作用,传感器更加稳定、可靠。
主要技术参数
8:.
桥梁在线监测系统解决方案
型号规格参数YS-5100B
轴向数单轴双轴
测量范围(°)±15±30±15±30
分辨力(")4488
综合误差(%F·S)≤
零点稳定性≤(°/年)
耐水压(MPa)1
2)8350固定式测斜仪(原装进口)MEMS邻房倾斜计即固定式测斜仪主要设计目
的在于长期监测水坝、堤防、础
墙、桥梁桥墩基、隧道壁等结构体倾斜变化。本产品基本使用方式是将仪器固定于
待测结构体上,利用测读仪测量其初始
读值及当前读值以计算其倾角的相对变化。倾斜计可由人工手动监测,也可使用自
动化集录器长期
记录数据。本产品详细规
格
量测范围:±5º、±10º、±15º
操作温度:-20℃至+65℃输入
电压:8-15VDC系统整体精度
:<%:2000G
重复性漂移:±%
解析度:±(±2arcseconds)外径*长度:
32mm*193mm电缆线:4芯导线+PE外被,24AWG端部镀锡
对应测读仪:AB500
8、BJQN-4A型桥梁挠度检测仪用于检测各类桥梁的振动幅度,动、静态挠曲位移
数值,
桥梁基座位移,墩台位移,大型建筑物形变位移等。主要技
术参数:
检测测量范围:0-50mm;
检测精度:±;分
辨率:±;
9:.
桥梁在线监测系统解决方案
接口形式:RS485接口(可配备无线传输接口);传输
距离:200m;
可扩展测量点:8个点;软件可显示最大挠度、最小挠度、振动幅度、时程
曲线、静态位仪表等。
9、裂缝计
1)YS-2400振弦式裂缝计(国产)
YS-2400型振弦式测缝计是长期埋设在水工建筑物或其他混凝土建筑物内或
表面,用于测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度
(变形),并可同步测量埋设点的温度。加装配套附
件可组成基岩变位计、表面裂缝计、多点变位计等测
量线性变形的仪器。
主要技术参数
规格代号YS-2400
最大外径外形尺寸(mm)φ20×184φ20×218φ20×280φ26×580
测量范围(mm)2050100200
综合误差(%F·S)≤1
最小读数K(mm/F)≤≤≤≤
温度测量范围(℃)-25~60
温度测量精度(℃)±
温度修正系数b(%F·S/℃)≈
绝缘电阻(MΩ)≥50
纵向刚度G(N/mm)~
表2-5裂缝计技术参数
2)9420振弦式裂缝计(原装进口)振弦式裂缝计系用于监测裂缝的扩张与收缩
,包括:
●水坝混凝土结构结合处
●岩石隧道表面裂缝
●桥梁桥墩表面裂缝
●混凝土结构物结合处
10:.
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●捷运高架桥梁柱表面裂缝
9420裂缝计采用振弦式位移传感器测量裂缝,裂缝计内部包含一组振动钢弦
敏感组件,钢弦一端被固定,另一端则连接到弹簧拉力棒,现场裂缝变形时带动
了拉力棒的移动,使弹簧改变了钢弦的振动频率,这个振动频率的大小与裂缝
开合大小成比例关系。ModelVW405读数仪或自动化集录系统可以测读裂缝计振
动频率数据。
详细规格
量测范围:12,25,50,100,150,200mm(其他范围可定制)非线性:<
%.
操作温度:-20℃至+80℃灵敏度:
%.
仪器长度:195mm(9420-12mm/25mm/50mm)
:250mm(9420-100mm)
:400mm(9420-150mm/200mm)对应测读
仪:VW405(B档位)
10、YS-126加速度传感器
TST126磁电式速度传感器是一种用于超低频或低频振动测量的多功能仪
器,它主要用于地面和结构物的脉动测
量,一般结构物的工业振动测量,高柔
结构物的超低频大幅度测量和微弱振
动测量。该传感器采用无源闭环伺服技
术,以获得良好的超低频特性。设有加
速度、小速度、中速度和大速度四档。
用户可根据需要,选取传感器上微型拨动开关选择开关相应的档位,可提供测点
的加速度、速度或位移参量,并可提供不同频带和不同滤波陡度。本传感器具有
体积小、重量轻、使用方便、分辨率高、动态范围大及一机多用的特点。本仪器
可直接与各种数据采集系统配接。
系统特点
超低频、大位移测量;动态范围大;密封性能好,防护等级高;在桥梁安
11:.
桥梁在线监测系统解决方案
全测试,大地脉动测试上有显著效果;不需调零位,不需要供电,安装方便,可靠
性高。
技术指标
1234
档位
加速度小速度中速度大速度
灵敏度V/(m/s)或V/(m/s2))~~20~4~
加速度(m/s2p)20
最大量
速度(m/sp)
程
位移(mmp)20200500
加速度(m/s2)3×10-6
分辨率速度(m/s)1×10-84×10-73×10-6
位移(mm)1×10-84×10-73×10-6
频带(Hz)(+1dB~-3dB)~1001~~~80
输出负荷电阻(MΩ)10
重量(kg)
尺寸(mm)63×63×63
使用温度(℃)-10~+50
11、YS-640振弦采集仪
YS-640是结合多年的现场项目经验加上先进的
设计与技术,制造的一台方便安装、稳定耐用、成
本低廉的振弦采集仪。
YS-640多通道振弦采集模块,专为振弦型传感器的数据采集设计,精确采集
传感器的频率和温度数据。可方便的应用于各种土木安全监测项目中。例如:桥
梁健康、隧道挖掘、水库大坝安全、滑坡防护、混凝土养护等。
为了适应现场复杂的安装环境,YS-640的外形结构非常的轻便小巧。底部两
端有固定螺丝孔,只需要四个螺丝就可以方便的将仪器固定到配电柜内。全铝制机
壳,轻便耐用,可使用在极端的岩土工程环境中去。机壳还提供了全金属屏蔽层,
使仪器在电磁环境恶略的条件下得到的数据同样准确。
通信的连接和传感器的连接全部使用接线端子。减少传感器安装过程中的接
线步骤,减轻现场人员的劳动强度,节省人力物力。有两个内部连接的通信端子,
有多台仪器时,可直接通过通信端子串联使用。
技术指标:
•内嵌高性能ARM控制器,反应快速,性能稳定。
12:.
桥梁在线监测系统解决方案
•频率采集范围400Hz—5000Hz,。
•2k、3k热电偶温度采集,℃。
•通道选择使用松下高端MOSFET继电器,具有无火花、寿命长的优点。
•标准RS-485通信,方便系统集成。
•IEEE标准浮点型技术方式。
•内置实时时钟,掉电后仍可正常计时。
•内置16Mbit存储空间,自动采集时可存储50000条数据。
•,使用方便。
•上下两排共16个振弦传感器连接通道,每通道都可采集温度信号。
•防雷,防静电,防潮,防干扰
。12、YS-660数字量采集仪
YS-660型多通道数字量采集模块用于配套我公司或其
他RS485接口传感器,它是一款专门为解决复杂电磁环境下
RS485接口传感器大系统要求而设计的总线分割集线器,
RS485接口端采
用光电隔离技术,能有效抑制电浪涌窜入,电源供电采用分离两级隔离,DC-DC
隔离电压高达2500V。
性能特点
,方便集成,卡线端子,线头不用二次处理。
,四路主干线分割。
,可以随意切换供电电压(9—30V)。
,相互独立,互不影响。
13、YS-5961动态在线监测系统
TST5961在线监测分析系统能够实现桥梁、建筑及机械状况快速检测与评
定。它的主要特点是高度集成化,采用全屏蔽机箱结构设计,抗干扰能力强,能
够直接安装于现场各种复杂环境;采用进口航空接插件,方便现场接线。以太网
数据传输,高速可靠;系统可测量转速、位移、振动、温度等多种物理量;内置
工控机,大容量硬盘存储,最高采样频率可达10kHz。通过软件系统同步实现信
13:.
桥梁在线监测系统解决方案
号的采样、传送、处理、存盘和显示。系统概
述
桥梁及大型建筑结构远程在线健康监测系
统,即通过对桥梁或大型建筑结构状态的监测
与评估,为桥梁或大型建筑在特殊气候,特殊
交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信
号,分析评估桥梁及大型建筑使用寿命,并为
建筑的养护、维修与管理决策,验证建筑设计
理论,改进
建筑设计方法和相应的规范标准提供科学的依据。随着经济的快速发展,人们对
桥梁及大型建筑等公共基础设施安全性越来越重视,这套系统的开发对于保证桥
梁及大型建筑的正常运营有着重大意义。
系统特点
1、抗干扰能力强:系统前置调理器;每通道独立放大器;全屏蔽机箱设计;
同时隔离电源的使用与合理的接地,使现场任何干扰信号均不能对系统产生影响
,大大提高了系统抗干扰能力,最大限度满足野外及恶劣环境的使用,适合户外长
期数据采集。
2、可靠性高:采用高可靠性的工控机作为系统的主体,完善的自检功能,
断电自动恢复和错误报告功能,意外停机后的自恢复能力强;大规模集成电路,
可靠性高。
3、多种信号测量:配接各种类型传感器,可测量应力、索力、挠度、振动、
温度、强度、噪声等物理量。
4、基于Internet网络或3G网络实现远程数据采集,所采数据直接存放于远
程监控室计算机内,便于数据的查看和分析。
5、可远程对现场数据采集系统进行采样控制、通道参数修改以及测试结果查
看和分析。可以实现无人值守的情况下进行长时间的数据采集。
软件特点
1、信号采集软件来自VC++开发平台,核心模块采用标准C++编写,方便
移植。界面友好,使用方便
14:.
桥梁在线监测系统解决方案
2、基于B/S和C/S网络构架,通过网络可远程进行数据查看和保存。
3、软件有连续采样和触发断续采样,满足大型建筑和桥梁结构复杂的外荷载
及受力状态监测,保证获得准确、可靠的荷载信息和结构参数信息,捕捉到具有
代表性的和突发性的危险工作状态。
4、后期数据处理功能强大,重采样、数字滤波、平滑、修正、统计分析、
幅域分析、频域分析、时频域分析等。
5、软件设有报警功能,可设置警戒值,当采集数据超过警戒值时,软件将
进行报警。
5、方案
方案的设计流程采取循序渐进的方式,这样形成的方案更加契合工程现有条
件和实际需求,尽量实现“量体裁衣”的设计理念。
15:.
桥梁在线监测系统解决方案
基本解决方案,具有
简单明了
推广方案通用性,适用于宣传
推广阶段
因地制宜
设计方案,现场勘踏
推广方案后提出,具有针对
逐
性,适用于洽谈阶段
步
深
入
推荐方案,需在实地
合理优化
推广方案测试基础上提出,具
有较强合理性
最终方案,具有较强详细具体
推广方案的可操作性,适用于
工程实施阶段
图3方案设计流程