桥梁实时监测系统优化设计

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1、桥梁实时监测系统优化设计　　【摘要】本文以济宁梁济运河大桥为工程背景，利用光纤传感器的优良性能，提出一种可同时监测多项安全参数的桥梁实时监测模型。本系统模型通过布置传感器网络式分布结构，实行分簇管理机制，实现了点面结合的大桥实时监测，具有数据自动采集、传输、存储、分析、远程监控与预警等功能，提高了大桥综合监测效率，基本满足大跨度桥实时监测需求。【关键词】实时监测；光纤传感器；网络式分布；分簇管理；中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：0引言针对现行桥梁实时监测系统存在实时性差、监测效率低、成本高、损耗大等缺点，本文以济宁梁济运河大桥为工程背景，提出现行桥梁实时监测系统改进

2、方案，并设计一种可同时监测多项安全参数的系统模型。本系统模型采用多种光纤传感器作为传感元件，完善了传感器布置结构，实施分簇管理机制，并部署实用性强的评估与预警系统，有利于提高大桥监测的实时性与准确性，对桥梁安全状态的长期实时监测及预报，具有一定的参考价值。1梁济运河大桥简介7梁济运河大桥位于济宁市区太白楼西路西端，跨越市区西部的梁济运河，主桥上构为独柱斜塔空间扭面背索斜拉桥，其跨径组成为316m。全桥共设56根斜拉索，桥塔采用独柱斜塔，主塔全高133.147m，采用空心断面，桥面以上塔高118m，桥面以下塔高15.147m。塔身顺桥向偏离铅垂面8°，倾向岸侧。2桥梁实时监测系统

3、基本模型桥梁实时监测系统通常采用模块化设计，主要由传感模块、数据处理中心、监测中心、管理中心等模块组成。各模块之间实行基于远程监控与传输的数据双向通信策略。3改进方案本文结合济宁梁济运河大桥的实际情况，提出一种现行桥梁实时监测系统的改进方案。3.1传感模块改进3.1.1传感器改进根据不同的监测参数，本改进方案采用基于分布式光纤传感器的传感器布置模式，进行多种不同监测参数的实时监测。利用分布式光纤喇曼（BOTDR）应力分析仪监测桥梁结构应变的整体情况；光纤布喇格光栅（FBG）传感系统监测局部关键部位的应变情况；光纤光栅(FBG)振动传感器监测斜拉索索力受力情况；分布式光纤喇曼（R

4、OTDR）温度解调仪完成桥梁结构应力及周边环境温度的监测。73.1.2传感器分布结构改进光纤传感器通常被用于进行点式高精度监测，由于受监测点数限制，其监测范围存在盲区。本改进方案根据主要安全监测参数的选取，设计了基于网络式[5]的多光纤传感器布置结构，通过在桥梁的关键监测位置上合理布放传感器，形成光纤传感网络。在满足监测条件的情况下，最大程度地减少监测点以降低投入成本。（1）拉索索力监测全桥共56根斜拉索，以索塔为界，上、下游拉索按其关键部分实际受力情况分别布置光纤光栅振动传感器，并决定传感器个数。传感器个体之间呈网络式分布，且相互独立，安装位置距离桥面5米左右。测点侧面分布图

5、如图1所示。图中黑点用来模拟光纤光栅振动传感器布放位置。图1拉索索力测点分布图（2）主梁、索塔截面应力及线形监测7对主梁及索塔进行截面应力及线形测点布置时，主梁应力测点应布置在钢箱梁主跨跨中、主跨1/4L、主跨1/8L、塔根部；边跨跨中、1/4L截面及边支点附近。在箱梁顶板、底板和横隔板上也应布置相应的应力测点。由于桥梁建造材质不同，混凝土及钢-混结合段的应力测点采用埋入式，钢结构中的应力测点采用附着式。主梁线性测点布置位置位于每个梁段拉索锚固区的桥面处（无拉索的布置在此段梁的中部）。索塔截面应力及线形测点也可基于上述原理进行布置。（3）温度场监测温度场监测以监测面为单元，索塔

6、的温度监测设1个测试断面，测点布置位置位于索塔底部以上约40米处。钢箱梁温度监测共设3个测试断面，测点布置位置分别位于钢箱梁主跨跨中、主跨1/5L、主跨3/5L、塔根部；边跨跨中、1/3L截面及边支点附近。3.2分簇管理机制本系统在监测过程中，采用基于EBC(Energy-BaseClustering)算法的分簇管理机制，按照一定规律(如监测内容分类等)动态选择能量高（即交互访问频率高）的节点作为光纤传感网络的子网簇点，完成光纤传感子网的动态构造，从而降低节点占用率及节点能量消耗，提高数据处理效率。各簇点设置在数据处理中心，称为数据处理节点。光纤传感网络采集监测范围内的桥梁安全

7、参数并向各自的簇点发送监测数据，数据处理节点将接收到的监测数据进行初步的分类分析与存储，发向数据处理器进行细致处理。分簇管理机制使桥梁实时监测系统整体呈现点面结合模式。各数据处理节点相互独立，可有效避免因某一节点的局部故障而引起的整体系统瘫痪。3.3监测中心改进7监测中心位于中心控制室，实行无人值守制。为实现监测参数的验证、分析及评估预警功能，改进设置如下：（1）设置信息验证模块，检验传输信息的正确性。主要针对可能出现的信息不准确甚至错误信息的情况，进行参数信息过滤，从而缩小信息的存储空间，