DB61／T 1037-2016标准规范下载简介

DB61／T 1037-2016 连续梁（刚构）桥健康监测技术规程

下列术语和定义适用于本文件

桥梁结构健康监测bridgestructuralhealthmonitoring（BSHM） 通过对桥梁结构整体行为和实时环境响应的监测，实现对桥梁服役情况、可靠性、耐久性和承载能 力的评估，为桥梁养护与管理决策提供依据和指导。 3.1.2 有限元模型修正finiteelementupdating 依据相关测试结果，利用有效手段修正结构有限元模型参数，使所建立的有限元模型尽可能地反映 结构的真实状态。 3.1.3 传感器transducer/sensor

将特定的被测量信息（包括环境变化、结构应变、结构变形、结构振动等）按一定的规律 可用信号输出的器件或装置。

DB61/T10372016 安全评估safetyassessment 通过各种测试手段《国家电网公司输变电工程通用设计 110(66)～750kV变电站分册110kV变电站A3方案》2011，分析结构当前的工作状态，并与其临界失效状态进行比较，评价其安全等级。 3.1.6 预警warning 在结构潜在危险发生之前，根据结构监测数据和评估结果，向相关部门发出警戒信号的过程。通常 通过理论分析设置预警阀值实现。 3.1.7 预警阈值warningthreshold 结构监测中，触发结构监测系统发出预警 警信号所需的监测指标控制值

0B61/T10372016 安全评估safety assessment 通过各种测试手段，分析结构当前的工作状态，并与其临界失效状态进行比较，评价其安全等级。 3.1.6 预警warning 在结构潜在危险发生之前，根据结构监测数据和评估结果，向相关部门发出警戒信号的过程。通常 通过理论分析设置预警阀值实现。 3.1.7 预警阈值warningthreshold 结构监测中，触发结构监测系统发出预警信号所需的监测指标控制值

表示矩阵的转置： A 一对角的结构特征值矩阵，其每一个对角元为结构圆频率的平方： a 一结构运营时某一时刻某截面的测试应力，单位为兆帕（MPa）： Om 一模态矩阵的最小奇异值； Omax 一结构正常使用极限状态短期效应组合下某截面的最大应力，单位为兆帕（MPa） Osmax 截面在正常使用极限状态的上缘最大应力，单位为兆帕（MPa）； Osmin 截面在正常使用极限状态的上缘最小应力，单位为兆帕（MPa）： Oxmax 截面在正常使用极限状态的下缘最大应力，单位为兆帕（MPa）； Oxmin 截面在正常使用极限状态的下缘最小应力，单位为兆帕（MPa) a, 一模态矩阵的最大奇异值； d 一归一化后的模态矩阵，其每一列为结构的一个模态； Φ沃 一第k个模态在i点的分量，为有限元质量阵中的相应元素： k 一第k个模态在j点的分量： ? 矩阵与相对应的元素点点相乘，

4.1.1系统设计宜根据桥梁结构受力特点进行专项设计，并应结合后期养护工作的开展进行综合考虑 以达到最优化。系统设计应做到检测数据真实、分析方法正确和系统软、硬件可靠。 4.1.2系统应采用先进的硬件设备、合理运用计算机技术和远程信息传输技术，并应保障系统的实时 生和安全性。 4.1.3系统软件应操作简便，便于维护，能满足用户的不同需求，具有一定的前瞻性，并易于扩展和 升级。 4.1.4如对多座大桥进行联测时，应考虑系统内部数据的兼容性和共享性等要求，

主要监测项目见表1，监测项目确定宜根据桥染结构实际状况结合项目需求合理选择

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桥梁结构健康监测系统应包括传感器子系统、数据采集与传输子系统、结构安全评估与预警子系统 和数据库管理子系统，各子系统功能应符合表2的规定。系统应能满足对结构进行实时监测、及时预警 与评估以及特殊环境状况下的应急监测要求，监测数据采集应真实可靠，数据传输及时，预警及时，评 估结果可信

表2系统构成及主要功能

5.1.1传感器的选择应综合考虑被测结构的物理量性质、安装环境、测试环境等因素，具体包括测量 类型、分辨率、测量范围、测试周期、测试环境、安装环境以及资金投入等进行合理选择。 5.1.2传感器应技术成熟、性能先进，耐久性和抗干扰能力强，应易安装，便于维护和更换。 5.1.3传感器正常工作前应进行校准、调试，以确保其正常工作。常见传感器类型及相应监测内容见 表3。

表3常见传感器类型及相应监测内容

表3常见传感器类型及相应监测内容（续）

2.1环境监测、几何线形监测和外部荷载监测传感器应依据结构形式结合现场地形特点进行布 见连续（刚构）桥几何线形监测内容见表4。

表4常见连续（刚构）桥几何线形监测内容

5.2.2结构常见静力测点、动力测点布置见附录A，传感器可通过优化算法进一步优化，优化算法见 附录B和附录C。 5.2.3传感器数量应适度余，并可扩充和升级 5.2.4传感器及传输线缆布设不应损伤结构，应有适当的防护措施，并应考虑后期维护安全可行性。

5.3传感器子系统设计要求

5.3.1传感器采集数据精度应满足桥梁安全评价与预警的需求。 5.3.2传感器的安装和布线应不造成对桥梁的破坏，不影响桥梁的外观。 5.3.3传感器布设应具有较好的防锈蚀、防老化和防人为破坏功能，并做好防雷、防盗等安全措施 5.3.4传感器主要性能参数应结合项目要求合理确定，但不应低于表5中常用传感器基本参数要求。

表5常用传感器基本参数要求

表5常用传感器基本参数要求（续）

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表5常用传感器基本参数要求（续）

6数据采集与传输子系统设计要求

6.1.1采集设备的性能应与对应传感器性能匹配，满足长期稳定工作要求。采集设备应易于更换，且 更换不影响采集软件使用，宜增大所有功耗器件的穴余量，延长其使用寿命。 6.1.2数据采集模式应根据工程特点与现场具体条件选择。采集设备在特殊状态下应可进行人工干预。 6.1.3采集设备不应设置在潮湿、有静电和电磁场环境之中，应做好防尘防雷击保护设施，传输线缆 宜短。采集设备应有不间断电源保障或太阳能供电等代替方案。 6.1.4传感器采样频率应能反映被监测结构的行为和状态，宜根据结构静态、动态指标的监测需要合 理选择相应传感器及其采样频率。 5.1.5采集设备应遵循标准协议，配置信号增益等硬件设备，实现对信号预处理，应具备实时自动采 集存储、即时显示反馈、实时自诊断等功能，应保证现场数据的真实性、实时性、连续性、有效性。

1 数据传输分为有线传输方式和无线传输方式，应综合考虑数据传输距离、工程特征和现场地形 网络覆盖状况、已有的通信设施等因素，灵活选取： a) 当工程现场存在无线发射设备或在有强电磁场的环境下，应采取有效的电磁屏蔽措施，当无法 实施电磁屏蔽时，应采用有线传输方式： 对于交通不便的深山峡谷、复杂地形、物理线路布设和维护困难的环境及需要构建临时传输网 o 络的工程现场，宜采用无线传输方式； 根据工程实际需要，可选择一种或多种传输方式进行组合使用： d) 采用有线传输数据时宜利用已有的光纤通信网等数据传输线路，设置必要的中继器或转发器， 选取适当的传输介质；同时应以现场数据采集器的接口为基础，以增加最少的接口转换器为原 则，选取适当的接口类型：

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6.2.8应能根据要求，调整数据有限期的存储、备份及管理，可对传感器设备输出物理量与 进行检测、识别，能够实现工作站电源故障的报警：接受工作站传送的监测参数调整的指令， 的监测过程或监测数据处理参数的调整，并记录、备份相关的调整指令，现场传输子系统宜采 号传输方式，并保证传输线路的可靠性、安全性和可更换性

6.3.1对特别重要桥梁可根据需要设置现场监测室，监测室应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生 产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂、仓库、堆场等。 6.3.2应远离强振源和强噪声源，宜避开强电磁场干扰，无法避开时应采取有效的电磁屏蔽措施。

安全评估与预警子系统设

7.2.1系统能够稳定运行，能够对桥梁的主要危险状态进行识别，实现分级预警。预警应及 许出现漏报，误报率不高于2%。 7.2.2预警指标应以控制截面的应力和挠度为主。

7.2.2预警指标应以控制截面的应力和挠度为

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7.2.3在桥梁处于异常状态时，系统能够根据预警级别给出相应应急预案。 7.2.4结构预警宜采用以规范限值为主，理论分析值为辅的分层次预警体系。实行四级报警制度，结 构应力为结构真值（既有桥梁后期安装的系统为相对增量，可采用应力释放法等测的结构前期真值 进行叠加分析），αmax为结构正常使用极限状态组合的最大应力，挠度参数指标D为动挠度： a）第一级为“绿色区”，在该区域内，结构应力α<0.75αmax且结构挠度D<0.75Dar，结构处 于安全状态，所有测点正常监控； b) 第二级为“黄色区”，在该区域内，结构应力0.75αmax≤α<αmx或结构挠度0.75Dar≤1

8数据库管理子系统设计要求

8.1.1数据库应至少包括以下信息

8.1.1 数据库应至少包括以下信息： a) 设备标识、设备名称、所属子站、几何位置、设备功能、出厂参数、安装时间、采样频率、 警阈值、运行状况、维修记录等； b) 原始环境信息、荷载信息、结构响应信息、结构形态信息以及原始数据等； C) 结构设计图纸、基本设计参数、结构分析模型： d) 评估所采用的准则和方法，评估时的主体、时间、参数、对象、结果和报告； e) 用户名、用户标识、用户组、个人信息。 8.1.2 选择数据库管理系统宜考虑下列因素： a 系统支持对海量数据的高效管理机制： b) 异常情况下的容错功能； c) 系统恢复功能，数据的共享和交换功能； d) 系统宜支持分布式数据管理功能，1 包括分布式数据存储、复制、数据透明访问等。

8.2数据库管理子系统设计要求

8.2.1数据库设计应遵循数据库系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、标准性和经济性的基本 原则，并保证数据的共享性、数据结构的整体性、数据库系统与应用系统的统一。 8.2.2结构健康监测数据库应能将采集系统收集到的实时数据和历史数据进行数据处理，并提供给评 估系统进行数据分析，并将处理及分析结果进行保存。 8.2.3数据库系统应支持在线实时数据处理分析、离线数据处理分析以及两种工作方式的混合模式。 8.2.4数据库功能应包括监测设备管理、监测信息管理、结构模型信息管理、评估分析信息管理、数 据转储管理、用户管理、安全管理以及预警信息管理等。 3.2.5用户管理应支持用户权限的定义和分配，根据用户权限来操作不同模块，提供基于角色的用户 组管理、用户授权、注册账号和认证管理等。 8.2.6系统安全管理应提供系统运行环境的网络安全管理和安全保护、数据库的容灾备份机制、敏感 信息标记以及用户使用日志审计等功能。 8.2.7系统交互可采用人机交互、监测系统与数据库系统交互，也可采用分布式环境下的协作交互。

8.3系统软件性能要求

8.3.1可实时监测桥梁的各测点传感器，可自定采集时间，并对原始数据进行滤波、计算等处理，数 据以数字或相应曲线、图等形式实时显示、记录和打印。 3.3.2监测数据应保存在多种数据库内，并可进行历史数据查询，生成选定时间段内的测试参数的最 大最小值，应能直接生成EXCEL或其他形式报表。 8.3.3相关数据成果可以各种图形方式显示。 8.3.4能对系统用户进行口令和操作权限管理。 8.3.5系统满足可扩展性要求，满足系统功能的添加、删除、维护、修改、增强和扩展

9.1桥梁结构健康监测系统建成正常运营3个月后，可报业主并由相关部门组织系统验收。 应包括各子系统和整体性能指标验收

9.2申请验收时应提供以下资料

a）桥梁结构健康监测系统成果报告，应包括项目概况、系统设计、系统安装、系统集成等内容， 并附前端传感器型号及布置图等资料； b）桥梁结构健康监测系统项目合同： c）监测系统操作指南。 2.3应保证表面式传感器的成活率为100%，理入式传感器的有效率不低于90%，对失效的传感器应补 设表面式传感器。应用程序调试完成后，应进行功能、性能测试。验收表格见附录D。

度或年度提交阶段成果报告。 0.2监测报表应包括下列内容：概述、监测依据、监测内容、测点布设、实施情况、数据对比分析 监测结论和重要原始数据等附件

常见静力测点立面布置

图A.5常见加速度传感器布置

3.1静力测点优化布置

上下缘应力值 B.1.2利用混凝土设计极值和实测截面极值差值的最小绝对值作为强度储备指标，如公式（B.1)，两 两比较求得截面重要性程度参数。 B.1.3将数据代入到公式（B.2）中，得到截面权重的判断矩阵A

AAA 4 4 A C=(u,)n A. .. 44 A A 4

B.1.4利用特征根法求出最大特征值入max及其对应特征向量W， 对特征向量进行正规化和一致性检验 后即可以得到各截面权重值，从而排除人 为大系的影， 求得结构应力监测最佳截面。

C.1.1加速度传感器布置宜符合下列准则：

附录C （规范性附录） 加速度传感器的布置准则与方法

a) 模态保证准则 b) 模态矩阵的奇异值比准则： c) 平均模态动能； d) Fisher信息阵； 模态的可视化程度： f) 表征最小二乘法准则。 0.1.2 模态保证准则矩阵可按公式（C.1）进行计算：

dd MAC (oo)(0o)

4平均模态动能宜选择所有自由度模态动能中较大一部分的结构测点，以使得测试信号具有较 噪比，且得到的模态识别结果精度较高。 5有效独立法的Fisher信息阵可按公式（C.3）进行计算：

C.1.6模态的可视化程度是待识别的模态宜在结构的特征点或者整体上有一定分布，具有一定的可视 C.1.7表征最小二乘法准则可按公式（C.4）进行计算

.2.1 加速度传感器可按下列方法进行布置： a) 模态动能法： b) 特征向量乘积法； c) 原点留数法： d) 有效独立法； e) 改进的MinMAC法； f) QR分解法：

C.2.2模态动能法可按公式（C.5）进行计算

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C.2.3特征向量乘积指标可按公式（C.6）进行计算，模态分量加和指标可按公式（C.7）进行计算：

C.2.4原点留数法的指标可按公式（C.8）进行计算：

MSSP,=1110k

以河代渠疏浚工程施工招标商务文件E,=diag(QQr）

C.2.6改进的MinMAC法可按下列步骤进行： a) 根据经验和结构特点选择初始若干传感器位置（少于所需传感器数目）； b) 增加一个待选传感器位置，按照公式（C.1）计算MAC矩阵并存储最大的非对角元，然后更换 增加的传感器为另一个待选传感器位置，重新计算MAC矩阵并存储最大的非对角元，这样继 续下去直至所有的待选传感器位置都被计算过。然后比较所存储的各个最大的非对角元，选择 其中最小者，在其所对应的位置布设一个传感器； 按照第b步的方法重复增加传感器，直到所需要的传感器数目为止。 C. 2. 7 模态矩阵的QR分解法可按下列步骤进行： a) 首先对结构振型矩阵的转置Φ进行正交三角分解（QR分解）； 然后选择分解后的正交矩阵Q的前S列所对应的位置布设传感器。 C.2.8 特征值灵敏度法可按下列步骤进行： a）设结构损伤只引起刚度的变化，而质量的变化可忽略不计

C.2.6改进的MinMAC法可按下列步骤进

SA=aa,a,a.

OB617110372016 c）按照有效独立法的相似过程构造Fisher信息矩阵，按公式（C.14）计算： A=F(K)TF(K) (C.14) d）依次删除对信息阵独立性贡献最小的行GB 50348-2018 安全防范工程技术标准(完整正版、清晰无水印)，最后保留的行即为传感器的布设位置。

D.2桥梁结构健康监测系统验收表（软件部分