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T／CECS 529-2018 大跨度桥梁结构健康监测系统预警阈值标准

注：表中100km/h，80km/h，60km/h为

考虑到预警风速与气象学上的风速风力相衔接，安全风速NV 级预警设置为8级大风的起始值，即超过7级大风。当超过该风 速时，在路面条件较差（如湿滑状态）时，微型客车存在侧翻 风险。

图1其他时距平均风速变换到1h平均风速系数图

线性差值确定得到设计E1地震作用下的加速度峰值的1.35个

当湿度到90%以上或出现降雨、降雪天气，低温将导致路 面结冰，影响行车安全。结冰条件包括温度和湿度，湿度为先决 条件，温度为主要因素。当路面达到0℃及以下时才能够结冰 参考文献《高速公路交通气象监测预报服务研究进展》CECS 554-2018-T 智慧家居设计标准，一5℃~ 20℃之间，摩擦系数随温度的下降而明显减小，一5℃0℃有显 著突变，当温度低于一5℃，摩擦系数随温度下降反而有所增大， 因此，本标准将一5℃定为I级预警阈值；参考文献《典型路面 结构冰水混合物附着条件下湿滑性能研究》，将一3℃定为Ⅱ级预 警阈值；因0℃为水的凝固点，应为IV级预警阈值

对于一般钢材来说，常温下的临界湿度在60%～70%之间， 相对湿度超过临界湿度时，钢的腐蚀速率显著增加。因此，本标 准将相对湿度大于70%定为桥梁结构钢构件湿度影响的I级预 警阈值，相对湿度60%为Ⅱ级预警阈值。由于相对湿度在50% 时钢材仍会发生电化学腐蚀，定为Ⅲ级预警阈值。研究表明在海

洋大气中，由于金属沉积海盐粒子易对钢材造成影响，临界相对 显度应降低到40%以下，即为V级预警阈值。 已有文献表明：碳化速度与相对湿度的关系呈抛物线状，混 凝土的碳化速度最大值在50%～70%相对湿度范围区间内，超 过此区间碳化深度随着湿度的增加而减小。因此将相对湿度 50%定为I级预警阈值。在相对湿度40%～60%时，混凝土碳 化速度较快，Ⅱ级预警國值为40%相对湿度。相对湿度小于 25%，混凝土中含有水分不足以进行混凝土碳化反应，定为IV级 预警阈值

桥梁火灾通常是由载油（或易燃液体）罐车引发的火灾，也 称为碳氢化合物火灾或液体池火灾，其特点是加热速率快，可在 火灾开始数分钟内达到非常高的温度，对桥梁安全可能产生大的 威胁，因此预警级别应为级

爆炸荷载最直接的表示是爆炸超压和冲量，然而爆炸超压和 冲量的现场测量极其困难，且设备昂贵，考虑到爆炸荷载为非常 规荷载，在桥梁健康监测系统中安装压力传感器及相关数据采集 设备不具实际意义；同时考虑到爆炸荷载为极端荷载，大跨度桥 梁结构多未进行抗爆设计，一旦监测恐怖爆炸或意外爆炸事故 对桥梁安全可能产生大的威胁，因此预警级别应为I级。

5.1.1由于荷载作用变化、结构性能退化或地基沉降的原因， 可能导致桥塔变形过大，一般需要监测桥塔倾斜。倾斜为桥塔各 高度处在某方向（如顺桥向、横桥向）的倾角，即各高度处在某 方向与竖直向上方向的夹角。桥塔位移预警设定4级预警，I级 预警表示已超出设计允许或规范规定，或可能影响桥梁结构的安 全；Ⅱ级预警表示超出设计最不利工况组合，或可能造成桥梁非 主要受力件的破坏，或影响结构主要受力件的耐久性；Ⅲ级预警 表示可能对结构使用性（如行车安全）产生不良影响；NV级预警 表示异于日常数据的正常水平。桥塔倾斜Ⅲ级预警值包含差异 度β和相似度n，差异度β表示两塔同一时间段内的差异，相似 表示同一塔两个不同时间段内的差异。 差异度β的设定方式实例为：分别计算顺桥向和横桥向倾斜 的月统计分布，与前一年对应月份的统计分布结果进行比较，采 用差异度β作为两组测值之间差异的度量。差异度β的计算方式 为：将各年倾斜监测数据各自看作一个集合，这些元素的数值分 布在区间la，b中，k=int（b一a），区间V，=La十j，a十j十1」， =0，1，2,3，k十1，假设A集合中共有n个元素，其元素值在 区间V，中的个数为αi，B集合中共有m个元素，其元素值在区 间V，中的个数为β；，定义差异度：

相似度"的设定方式为：计算主塔顺桥向倾斜的月统计平均 以一年的数据画曲线，设S，和S2分别表示上一年和当年的

斜曲线与曲线上最低点横坐标围成的面积，S阴影表示两条曲 之间的面积，则相似度表示为

2·S阴影 2=1 Si + S,

桥塔倾斜的I级预警值是按规范规定或设计单位给出的主塔 横桥向和顺桥向的最大倾斜来设定，分别以最大顺桥向倾斜aQx 为椭圆的长半轴，最大横桥向倾斜bQx为椭圆的短半轴，以主塔 顷斜的年平均值QX巅和QX为椭圆的原点，该椭圆即为I级预 警阈值，当主塔的倾斜监测值在椭圆外时，发出I级预警。QX顺 与QX端分别为桥梁倾斜在顺桥向与横桥向的实时监测值

5.2.1说明“缆索”指代的范围，以及两种监测指标： 振动加速度。

.2.2对索力预警方法进行说明

1说明索力数据来源，根据缆索工艺种类和应用类型分振 动频率法或磁弹索力仪法，并指出索力预警作用或目的。 3指出绝对索力预警方法和预警阈值 4指出索力异常变化预警方法和预警阈值。 5.2.3对振动加速预警方法进行说明。 1指出振动加速度数据来源及其数据要求，并指出加速度 预警作用或目的 3指出过大振动加速度预警方法和预警阈值。 4指出扣除风致振动后的过大加速度变化预警方法和预警 阈值。

3.2表5.3.2中实测到不同温 下的主梁自振频率直转化为 5℃时的频率，并与第一年25℃时的自振频率作对比，得到频

25℃时的频率，并与第一年25℃时的自振频率作对比，

5.3.4构件承载能力是反映结构安全性的重要指标，参未

规范BS5400可以采用承载能力利用率rs作为承载能力的预警 值，其计算公式如下：

式中：和分别为恒载应力和活载应力，可以从实际监测中由 传感器测量得到的总应力中分离获得；S为材料设计强度；?为强 度折减因子，未进行强度修正时可取为1.0。 疲劳损伤是钢结构和构件失效的主要原因之一。进行预警 时，可根据需要设定预警计算的频率，如每天统计计算和报警 一次。 累积疲劳损伤量用来反映构件在循环应力作用下的损伤累计 程度，其计算公式如下：

5.4.1桥墩监测预警國值应结合全桥有限元仿真进行计算，取 桥梁在承载能力极限状态、正常使用极限状态下结构反应值作为 红色及黄色预警阈值，橙色及蓝色预警考虑在两种极限状态阈值 的基础上进行组合或折减后获得。桥墩如果出现了影响正常使用 的外观变形、正常使用的局部破坏、正常使用的振动或其他状态 之一，则认为已经达到了正常使用极限状态。按照正常使用极限 状态计算的预警数值进行预警时，荷载效应主要采取短期荷载效 应组合及长期荷载效应组合的最不利值作为预警阈值。承载能力 极限状态一般指的是结构或构件作为刚体即将失去平衡，结构、 构件或连接超过材料强度，发生过度变形而不适合继续承载，结 构或构件丧失稳定性等。实际结构中一般都采用以概率理论为基 础的极限状态设计方法，并满足正常使用极限状态的要求。按承 载能力极限状态下结构的响应进行预警时，主要采用基本组合荷 载组合方式

5.1锚锭水平向和竖直向位移会导致主缆、加劲梁、桥塔和

5.5.1锚锭水平向和竖直向位移会导致主缆、加劲

5.7.1伸缩缝是使桥梁梁端能适应由于温度变化、混凝土徐变 与收缩、不均匀沉降、车辆冲击和梁端转动等引起变形的重要构 件。伸缩缝主要病害包括污物塞入、变形、破损、运动滞涩、断 裂等。伸缩缝破坏会降低行车舒适性、加快铺装层破坏速度。常

用的伸缩装置有对接式、模数式、梳齿板式、剪切式、钢制支承 式、弹性装置等。本条文主要适用于大跨度桥梁经常采用的模数 式伸缩装置和梳齿板式伸缩装置，其余种类伸缩缝预警國值的设 定亦可参考本条文执行。本条规定了伸缩缝的四个级别预警 值，伸缩缝累积位移行程是指伸缩缝从安装完成开始使用到当前 时刻这一段时间范围内的累积位移行程。24h的累积位移行程过 小时，也表明伸缩缝可能出现了问题，建议取24h的累积位移行 程值为5mm。考虑到由于伸缩装置的加工误差、安装施工误 差以及伸缩缝位移测量误差等因素的影响，累积伸缩量Ⅱ级预警 或值设置时建议预留一定的富余量；根据以往经验，建议考虑 30%左右的富余量。 上限國值是指监测位移大于此值即显示级预警的阈值。下 限國值监测位移小于此值即显示N级预警的國值。研究表明，大 跨度桥梁结构伸缩缝平均位移Dm和跨中截面有效温度T。符合 Dm三αT十D。规律。天跨度桥梁结构健康监测系统试运行期一 般为1年，利用一年的伸缩缝平均位移样本和跨中截面有效温度 样本，通过线性回归可得到主梁整体温度膨胀系数α和假定跨中 截面有效温度为0时伸缩缝的平均位移D。。为了消除风和车辆 中击等短周期因素的影响，伸缩缝平均位移样本点和跨中截面有 效温度样本点均采用周期为10min以上的平均值，且计算伸缩 缝平均位移样本点采用的周期与计算跨中截面有效温度样本点采 用的周期应相同。实测位移和线性回归位移之间的残差（Dm，j Te.i一D。）样本服从t分布，t分布表中95%置信区间对应的临 界值为1.96。 上限值和下限值应按下列公式计算

I: Du 上限國值； DI 下限國值； α 主梁整体温度膨胀系数： Do 大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，假定 跨中截面有效温度为0时伸缩缝的平均位移； T。 跨中截面当前时刻的有效温度； (6 预测残差的方差； Dm.j 大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，伸缩 缝的第j个平均位移样本； Te.j 大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，跨中 截面的第i个有效温度样本； 大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，伸缩 缝平均位移的样本数； T一一大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，跨中 截面有效温度样本序列的平均值； Sr一大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，跨中 截面有效温度样本序列的方差； SpT 大跨度桥梁结构健康监测系统试运行期内，跨中

5.8.1对于易发生倾覆破坏的独柱桥梁、弯桥、斜桥、基础易

.8.1对于易发生倾覆破坏的独柱桥梁、弯桥、斜桥、基础易 发生沉降的桥梁及存在负反力的大跨径桥梁，一般需要开展支座 反力和变形监测。

5.8.3如果水平剪切变形过大，支座处在长期偏压状态下

对支座产生影响，而隔震支座的竖向压缩变形量是反映隔震支 座质量的重要指标。

附录A桥梁常用状态评估方法

A.1.3基本监测指标满足可测性原则是指指标能够通过数学公 式、测试仪器或试验统计等方法获得，指标本身应便于实际使用 和度量。 对结构异常变化较为敏感的指标应可以直接根据自动监测数 据快速计算获取。 A.1.4标准化处理是指通过一定的数学变换来消除各评估指标 量纲的影响，使所有指标在单位、强度和离散度等方面一致，即 把性质、量纲各异的指标转化为具备可比性的相对“量化值”以 进行综合评估。 单值型数值指标即监测数据为数值型的定量描述，条文中线 性百分制无量纲化数学模型可采用式14～式16。 正指标无量纲化模型

100（一min）/（max一min） α>Xmin f(α)= 0 TKmin

负指标无量纲化模型：

适度指标无量纲化模型：

式中： 监测指标数值； min 监测指标在区域范围内的最小值：

Jmax 监测指标在区域范围内的最大值； o一一监测指标在区域范围内的最优值。 A.1.6序列型数值指标即监测数据为一组数值序列的评估指 标，条文中序列型数值指标均匀变化得分可按表2计算，非均匀 变化性系数可采用灰色关联分析方法，即式17计算

标，条文中序列型数值指标均匀变化得分可按表2计算，非均 变化性系数可采用灰色关联分析方法，即式17计算

表2均匀变化得分计算方法

式中：r 单个测点评价值； 价值； n测点数。 n测点数； wi 第i测点权重 A 1 r(Xo,X,)= a( (xo(k+1)) a(r;(k+1)) zo(k+1) x;(k +1) (1

r(Xo,X,)= P a1 (xo (k+1)) a(r;(k+1)) Zo (k+1) x; (k+1)

桥梁监测数据的非均匀变化性系数 桥梁竣工状态所有n次监测项目理论设 计值的集合； X, 桥梁运营状态下所有n次监测项目当前 实测值的集合；

A.1.7五级标度法相应的赋值是1、3、5、7、9，表示一个指

1.7五级标度法相应的赋值是1、3、5、7、9，表示一个指 对另一个指标的重要程度，数字越大表明越重要，条文中五级 度法具体含义及说明见表3。

表3五级标度法含义及其说明

注：如果要表示一个指标比另一个指标次要，则赋值取为上述1、3、5、7、9的 倒数

A.1.8条文中九级标度法具体含义及说明见表4。

表4九级标度法及其含义

主：如果要表示一个指标比另一个指标次要，则赋值取为上述1、3、5、7、9的 倒数。

A.1.14α取值反映对均衡性的要求，对桥梁中的局部缺陷容 忍程度越小，取值越小。α取值在0.2～0.5之间都能满足大多数 工程要求。

A.2.1专家打分法是利用专家团队相互掌握的专业

2.1专家打分法是利用专家团队相互掌握的专业知识和预警

情况，对桥梁警情实行判断并打出相应的分数作出预警。将各构 件的权重与打分值相乘，再进行求和，最终计算出桥梁整体预警 的总分。总分值越高，说明预警级别越大。

世 A.2.2桥梁各部件的权重分类是专家团队根据不同桥梁类型中 各部件的受力特征和重要程度，具体问题具体分析，设计出如表 A.2.2中桥梁冬部件的权重分类

1.2.2桥梁各部件的权重分类是专家团队根据不同桥梁类型中

A.3.1静载试验法是目前相对最可靠的桥梁安全性评估方法， 但正常交通中断时间较长且费用较高。影响线法可作为该方法的 先验方法，通过一辆/少量检测车快速通过桥梁，识别桥梁影响 线并构造安全评价指标。该方法可实现桥梁影响线的长期监测， 将桥梁挠度和应变传感器永久布置于桥梁关键截面或构件，并指 定测试时间间隔，可获取桥梁在不同使用阶段的影响线状态及其 变化趋势

A.3.1静载试验法是目前相对最可靠的桥梁安全性评

A.3.2制定适用于影响线评估的测点布置方案，应参考行业

A.3.4影响线峰值一般出现在传感器测点附近，在该位

A.3.4影响线峰值一般出现在传感器测点附近，在该位置施加 竖向荷载，可测到信噪比较高的桥梁变位或应变响应信号。相对 于影响线的整体变化，影响线峰值对桥梁损伤更为敏感。监测不 同使用阶段的桥梁影响线状态改变，宜采用反映影响线整体变化 的结构校验系数与反映影响线局部变化的峰值校验系数相结合的 预警方法。

A.4.3线性回归方法利用数理统计方法对数据进行线性回归

A.5强度储备比汇总法

A.5.1构件强度储备比有以下明确的物理意义：当≥1时， 表明构件的实际强度储备大于或等于设计规定的强度储备；当 )<9<1时，表明构件的实际强度储备低于设计规定的强度储 备；当≤0时，表明构件的实际应力已等于或高于极限强度， 构件已无强度储备，可定义构件完全失效。

A.5.2强度储备比汇总法是以强度储备比为构件的安全度指

A.5.3结构中各类构件由于重要性程度不同，因而对结

度的贡献亦不同。采用各类构件安全度指标的线性加权组合来近 似以表征结构安全度指标。安全度参与系数可按照层次分析法中的 权重向量计算方法计算各类构件权重向量。 A.5.4结构整体安全评定的汇总方法考虑确定的荷载工况，在 构件安全度的基础上，根据构件的重要性和联结关系，归纳得到 结构整体安全度指标，可以在一定程度上反映结构整体的安全状 况，在实际应用中也比较简单，仅做确定性的线性分析。 A.5.5整体预警值的确定依据为桥梁损坏极限状态的强度储 备率Ra，美国TheNationalCooperativeHighwayResearch Program（NCHRP）报告4o6指出一个桥梁系统被认为有元余度 时的强度储备率取值为R.≥0.5，同时考虑到强度储备比法涉 及权重系数和四类构件数量的影响，为了减少不同类型桥梁计算 之间的差异，偏保守取值并确定最高一级预警值为0.6。

GB 50336-2018 建筑中水设计标准-原版度的贡献亦不同。采用各类构件安全度指标的线性加权组合来 以表征结构安全度指标。安全度参与系数可按照层次分析法中 权重向量计算方法计算各类构件权重向量

度的贡献亦不同。采用各类构件安全度指标的线性加权组合来近 以表征结构安全度指标。安全度参与系数可按照层次分析法中的 重向量计算方法计算各类构件权重向量。 A.5.4结构整体安全评定的汇总方法考虑确定的荷载工况，在 勾件安全度的基础上，根据构件的重要性和联结关系，归纳得到 结构体宝全度指标 结构休的安全状

A.5.4结构整体安全评定的汇总方法考虑确定的荷载工况，

构件安全度的基础上，根据构件的重要性和联结关系，归纳得 结构整体安全度指标，可以在一定程度上反映结构整体的安全 况，在实际应用中也比较简单，仅做确定性的线性分析

A.5.5整体预警阈值的确定依据为桥梁损坏极限状态的

备率Rd，美国TheNationalCooperativeHighwayResea Program（NCHRP）报告4o6指出一个桥梁系统被认为有穴余 时的强度储备率取值为R.≥0.5，同时考虑到强度储备比法 及权重系数和四类构件数量的影响，为了减少不同类型桥梁计 之间的差异，偏保守取值并确定最高一级预警值为0.6。

DB／T 75-2018 地震灾害遥感评估 建筑物破坏1511232389

统一书号：15112·32389