桥梁结构健康监测与状态评估

　　《桥梁结构监测与状态评估》较全面、深入地介绍了桥梁结构健康监测与状态评估领域的理论、方法与应用。本书主要从：概论、结构健康监测中的传感技术、数据采集与传输技术、数据处理与控制技术、安全预警与状态评估技术等方面对健康监测在桥梁领域的研究与应用做系统阐述，其特点为大量的工程应用（系统的设计、实施、维护、损伤分析等）案例分析。

　　张宇峰，博士，研究员级高工，现任在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室主任，苏交科集团股份有限公司检测研究院结构监测中心主任兼副总工程师，主要研究领域为桥梁结构检测与监测技术、状态评定。 先后技术主持了30余项重大科研项目，曾获国家科技进步二等奖1项、江苏省科技进步一等奖2项、中国公路学会科学技术特等奖1项等十余项省部级奖项，发表论文40余篇；主编著作一部，参编著作两部，主编参编地方标准8本；获授权专利11项，研究成果直接应用于苏通长江公路大桥等40余座大桥健康监测，50余座大桥的施工监控，数百座桥梁的检测、评价与维修工作。

1绪论

1.1桥梁结构健康监测概念的提出1

1.2桥梁结构健康监测研究与应用现状7

1.3健康监测系统的设计与施工9

1.3.1健康监测系统设计9

1.3.2健康监测系统施工12

第2章

13结构健康监测中的传感技术

2.1传感技术概述13

2.1.1传感器的基本概念13

2.1.2常用传感器简介16

2.1.3传感器输出信号20

2.2桥梁用传感器选型、布设及优化21

2.2.1设计思想和评估需求21

2.2.2选型原则22

2.2.3优化布设23

2.2.4监测内容25

2.3传感器子系统的设计与施工27

2.3.1一般要求27

2.3.2环境荷载监测28

2.3.3桥梁结构响应监测42

第3章

55结构健康监测中的数据采集与传输技术

3.1数据采集与传输技术发展历程55

3.1.1数据采集技术发展历程55

3.1.2数据传输技术发展历程56

3.1.3桥梁健康监测系统采集与传输子系统构成56

3.2数据采集58

3.2.1基本概念58

3.2.2数据采集系统组成59

3.2.3数据采集系统分类60

3.2.4开发案例63

3.3数据传输网络67

3.3.1通信网络67

3.3.2通信协议70

3.4无线传输技术71

3.4.1无线通信技术72

3.4.2无线传输技术的难点与不足74

3.5数据采集与传输子系统设计与施工75

3.5.1子系统设计75

3.5.2子系统施工77

目录

第4章

83结构健康监测中的数据存储与处理技术

4.1数据存储与处理技术概述83

4.1.1数据存储与处理技术的发展历程83

4.1.2桥梁结构健康监测中数据处理面临的问题84

4.2数据存储与处理子系统的构成84

4.2.1一般任务84

4.2.2数据管理85

4.2.3数据处理86

4.3数据预处理87

4.3.1监测系统故障诊断及数据异常处理常用方法87

4.3.2桥梁健康监测常见数据异常的分类92

4.3.3基于单传感器信号的数据异常处理方法92

4.3.4基于多传感器信号相关性分析的数据异常处理方法107

4.4数据二次预处理144

4.4.1风数据144

4.4.2温度数据145

4.4.3相对湿度数据146

4.4.4交通数据146

4.4.5地震数据147

4.4.6腐蚀数据147

4.4.7加速度数据147

4.4.8应变数据148

4.4.9整体变形数据149

4.4.10拉绳式位移传感器数据149

第5章

151结构健康监测中损伤识别与状态评估技术

5.1状态评估技术概述151

5.1.1损伤识别方法151

5.1.2结构状态评估157

5.2适用性评估——报警指标及阈值设定159

5.2.1报警阈值设定的一般原则与方法160

5.2.2风速162

5.2.3温度166

5.2.4湿度169

5.2.5腐蚀170

5.2.6车辆荷载172

5.2.7整体位移175

5.2.8梁端位移178

5.2.9倾斜180

5.2.10静应力181

5.2.11动应力183

5.2.12加速度（幅值报警）184

5.2.13索力185

5.3构件安全性评估187

5.3.1失效概率和安全指标188

5.3.2应用示例： 江阴长江公路大桥钢箱梁的安全性评价189

5.4疲劳性能评估192

5.4.1应力谱192

5.4.2SN曲线193

5.4.3损伤累积法则194

5.4.4疲劳寿命评估步骤194

5.4.5应用示例： 江阴长江公路大桥某一构造细部的疲劳

评估195

5.5时效风险概率评估198

5.5.1时效风险概率状态评估方法199

5.5.2构件评级系统构建200

5.5.3一般评价方法203

5.6相关性分析评估204

5.7五度指标评估207

5.8标准场分析评估210

第6章

213结构健康监测中的系统运营与维护

6.1系统维护组织213

6.2系统运营与维护的外部工作条件215

6.3系统维护周期与一般要求215

6.4设备常见故障判断与修复219

6.4.1故障分类与设备常见故障判断219

6.4.2各类设备常见故障判断与修复220

第7章

223工程应用案例

7.1江阴长江公路大桥结构健康监测系统升级改造

223

7.1.1桥况介绍223

7.1.2原监测系统介绍224

7.1.3系统升级改造介绍226

7.2苏通长江公路大桥结构健康监测系统研究与

设计230

7.2.1桥况介绍230

7.2.2结构健康监测系统总体构成231

7.2.3传感器子系统232

7.2.4数据采集与传输子系统233

7.2.5数据处理与控制子系统235

7.2.6结构健康评估子系统236

7.3扬州S237省道三座桥梁简易型健康监测系统

设计与实施237

7.3.1桥况介绍237

7.3.2系统构建总体考虑238

7.3.3依托项目背景239

7.3.4系统设计240

7.3.5系统实施242

7.3.6系统功能及新技术效果试验验证244

7.4基于健康监测的大跨悬索桥伸缩缝状态评定与

维修处理246

7.4.1桥况介绍246

7.4.2基于健康监测实测数据的伸缩缝状态评估的一般方法

247

7.4.3悬索桥伸缩缝状态评估248

7.4.4悬索桥和斜拉桥运动特性对比分析249

7.4.5伸缩缝处理措施250

7.5长大桥梁船舶撞击实时报警252

7.5.1桥况介绍252

7.5.2报警指标选取253

7.5.3实测数据验证255

7.6钢箱梁桥TMD阻尼器效果监测与分析257

7.6.1桥况介绍258

7.6.2TMD工作原理及在崇启长江公路大桥上的布设258

7.6.3TMD在崇启长江公路大桥中的应用260

附录1

265国内外安装桥梁结构健康监测系统的部分桥梁

附录2

270部分桥梁健康监测系统中采用的传感器

附录3

274桥梁健康监测项目工程质量评定方法及评定表格

附3.1工程质量验收评定274

附3.2工程质量评分274

附3.3工程质量等级评定275

附3.4评定表格276

参考文献290