2024年公路长大桥梁结构监测时空大数据应用指引

公路长大桥梁结构监测时空大数据应用指引 中交公路规划设计院有限公司交 通 运 输 部 公 路 科 学 研 究 院哈尔滨工业大学主编 交通运输部办公厅文件 交办公路〔2024〕37号 交通运输部办公厅关于发布《公路长大桥梁结构监测时空大数据应用指引》的通知 各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委) : 为加强公路长大桥梁结构监测数据应用,经交通运输部同意,现将《公路长大桥梁结构监测时空大数据应用指引》予以发布。请各省级交通运输主管部门结合实际,认真组织做好桥梁结构监测工作,切实发挥监测数据在桥梁管理养护方面的重要作用,进一步提升公路桥梁结构安全耐久水平。 联系人及电话:部公路局李健,010-65292746;技术支持单位叶志龙,010-57507777-3072;韦韩,010-62079007。 交通运输部办公厅2024年7月23日 前言 根据《交通运输部关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见》(交公路发〔2020〕127号) 、 《交通运输部办公厅关于印发〈公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案〉的通知》(交办公路〔2021〕21号) 、《交通运输部办公厅关于进一步做好公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施工作的通知》(交办公路〔2022〕825号)以及《交通运输部办公厅关于印发〈进一步推进公路桥梁隧道结构监测工作实施方案(2024—2030年) 〉的通知》(交办公路〔2024〕26号)要求,为进一步规范和指导公路桥梁结构监测系统的数据分析与应用,交通运输部公路局组织技术支持单位编制《公路长大桥梁结构监测时空大数据应用指引》(以下简称“指引” ) 。 主编单位在《公路桥梁结构监测技术规范》(JT / T 1037—2022)基础上,进行了大量的工程实践调研,吸取了国内外有关科研、院校、设计、检测等单位的研究成果和数据应用经验,参考、借鉴了国内外先进的标准、规范和手册,通过多种方式广泛征求有关单位和人员的意见,经多次修改完善,形成本指引。 本指引由3章和2个附录组成,主要内容包括:1总则、2单桥监测数据应用、3省级监测数据应用,以及附录A单桥应用场景、附录B省级应用场景。 请各有关单位在执行过程中,将发现的问题和意见,函告本指引日常管理组,联系人:叶志龙(地址:北京市朝阳区小营北路53号,中交公路规划设计院有限公司;邮编:100101;电话:15811055091;电子邮箱:yezhilong@ hpdi. com. cn) ;韦韩(地址:北京市海淀 区 西 土 城 路8号,交 通 运 输 部 公 路 科 学 研 究 院;邮 编:100088;电 话:15810231660;传真:010-62079856;电子邮箱:h. wei@ rioh. cn) 。 主编单位:中交公路规划设计院有限公司交通运输部公路科学研究院哈尔滨工业大学 主编:宋晖李惠李万恒参编人员:李娜张革军程寿山刘刚叶志龙胡斌李小龙韦韩宋建永赵尚传李准华何秋雨韩飞杨方宇杨雷刘立权闫昕田亚迪李湛王晓晶黄永赖马树金鲍跃全徐阳李书韬谷雨黄雅茜魏世银张东昱金耀 韩帅刘志强高艳滨王凯王俊博要世乾 主要审查人员:杨亮李健徐幼麟樊健生张宇峰侯茜茜刘松汪波李晓娅吁然傅搏峰 目次 1总则1………………………………………………………………………………………2单桥监测数据应用2………………………………………………………………………2. 1单桥监测数据分析应用2……………………………………………………………2. 2单桥监测数据应用报告主要内容16…………………………………………………3省级监测数据应用17………………………………………………………………………3. 1一般规定17……………………………………………………………………………3. 2省域长大桥梁运行状态分析17………………………………………………………3. 3省域长大桥梁特殊事件分析19………………………………………………………3. 4省级监测数据应用报告主要内容20…………………………………………………附录A单桥应用场景21……………………………………………………………………附录B省级应用场景24…………………………………………………………………… 1总则 1. 0. 1为规范和指导公路长大桥梁结构监测数据分析应用,切实发挥监测数据在桥梁超限报警、应急响应、养护评估和基础研究等方面的重要作用,提升桥梁养护管理水平,制定本指引。 1. 0. 2本指引适用于安装桥梁结构监测系统的公路长大桥梁,其他类型桥梁可参考使用。 1. 0. 3进行监测数据分析时,宜根据需要结合其他信息进行。单桥监测数据结合桥梁养护管理等信息,省级监测数据结合公路基础数据以及气象、水文、地震等信息进行分析。 1. 0. 4单桥监测系统和省级监测平台应保持良好的运行状态,采集存储的监测数据应确保完整、及时和准确。 2单桥监测数据应用 2. 1单桥监测数据分析应用 2. 1. 1单桥监测数据分析应用包括超限报警类、应急响应类和养护评估类数据分析应用。具备条件的桥梁,宜结合桥梁的环境、作用、结构等特点,开展面向长期性能等基础研究的数据采集和分析应用。养护评估类应用包括但不限于结构健康度评估、桥梁技术状况评定、桥梁适应性评定等。单桥主要数据分析内容和对应应用场景的汇总见本指引附录A。 2. 1. 2监测数据分析应符合下列规定: 1应分析环境、作用、结构响应和结构变化监测数据,并宜结合桥梁养护的经常检查、定期检查与特殊检查数据进行分析。 2监测数据分析应用前,应根据监测数据中错误数据特征,剔除错误数据,保证监测数据分析结果的可靠性。可采用设置合理阈值、统计特征分析、机器学习等方法进行错误数据剔除。3监测数据分析方法可采用统计分析、相关性分析、趋势性分析、比对性分析、机器学习或其他可靠方法。4监测数据分析样本时长,宜根据监测内容的特征确定。各监测内容分析样本时长可参考表2. 1. 2。 5环境监测数据分析应符合下列规定: 1)温度监测数据应分析最高温度、最低温度、最大温差,宜用于温度作用与效应及其相关性分析,辅助养护决策。 2)湿度监测数据应分析最大值、平均值和超限持续时间等,宜分析湿度时空分布以及单个测点湿度与累积持续时间频次分布。监测结果可用于提升桥梁相关部件附属机电设备(如除湿机)工作效率,也可用于针对性检查、辅助养护决策以及结构耐久性基础研究。 3)雨量监测数据宜分析10min平均降雨量,结合风速风向、拉索振动数据,分析斜拉索的风雨激振。 4)桥面、缆、索、吊杆结冰超声波检测和视频监测数据宜分析结冰位置、范围和程度,指导桥面、缆索等构件除冰及车辆通行管控。 条文说明 采用视频信号分析桥面和缆索覆冰情况时,以结冰图像为输入,以是否结冰和结冰位置、范围与程度为输出,构建并训练覆冰识别的神经网络,根据神经网络输出结果和图像位置,判断桥面、缆、索、吊杆是否结冰、结冰位置、范围与程度。采用超声导波对缆、索和吊杆进行覆冰监测时,需在构件表面安装超声导波收发换能器,通过接收的导波信号特征分析结冰程度。超声导波对称模态的波速和幅值存在随覆冰厚度增加而降 低的特性,可以通过分析上述超声导波特征参数来分析覆冰厚度。此外,还需考虑环境温度变化对导波传播特征的影响,可以采用主成分分析法剔除温度影响。 6作用监测数据分析应符合下列规定: 1)车辆荷载监测数据应分析车流量、轴重、车重,超载车数量、车重、轴重和出现时间,宜分析年极值、车辆疲劳荷载谱和校验系数,可用于超载车辆管控、车流量预测、实测车辆荷载作用下的疲劳评估,也可用于研究结构刚度长期退化规律、辅助养护决策、支撑基础研究。车辆疲劳荷载谱可基于等效疲劳损伤累积和Miner准则统计,校验系数可参照《公路桥梁荷载试验规程》 (JTG / T J21-01—2015)中的方法进行计算。 2)风速风向监测数据应分析10min平均风速、风向,绘制风玫瑰图,平均风向求解宜采用矢量法,可用于实桥风效应分析,指导车辆通行管控。风压监测数据宜分析10min平均风压、计算均方根值,可用于桥梁风荷载基础研究。 条文说明 10min平均风速、风向可按下式计算: 式中,U为10min水平平均风速;θ为10min平均风向角;ux、uy分别为水平向监测风速ux和uy的10min平均值。 3)结构温度监测数据应分析温度最大值、最小值、最大梯度和年极值。可用于温度作用下构件和结构的温度场分布分析和长期性能的基础研究,还可用于其他监测内容的温度补偿。桥面铺装层温度分析可用于高温预警、辅助指导洒水降温等养护决策。 7结构响应监测数据分析应符合下列规定: 1)主梁竖向和横向位移、塔顶和主缆偏位、高墩墩顶位移和拱顶位移监测数据应分析平均值、绝对最大值、均方根值及其随时间变化规律,应分析主梁下挠、塔顶和主缆及主拱偏位、桥墩沉降等趋势,用于判断结构整体、构件位移异常变化以及超限报警,判断是否出现影响结构安全的持续变形趋势,评估结构安全状态,辅助指导桥梁构件检查和维修加固等养护决策。 条文说明 主梁竖向和横向位移、塔顶和主缆偏位、高墩墩顶位移和拱顶位移监测数据随时间变化规律主要通过绘制平均值、绝对最大值、均方根值等统计指标的时程图,分析其单 调增加、单调减小及剧烈程度等特性。主梁下挠、塔顶和主缆及主拱偏位、桥墩沉降等趋势可以采用中值滤波等趋势项分析方法获得数据随时间的缓变规律。中值滤波计算方法可以参照下列步骤: (1)定义长度为La的中值滤波窗口,La= 2a+ 1,a为正整数。例如,a= 100,La=201,即取201个样本点。 (2)对La数据点按大小进行排序,取序列中间位置数据值为中值滤波值: 式中,x表示监测数据的离散信号点;mx表示中值滤波值;Medium表示取中位数运算。 (3)所有中值滤波值形成新的数据序列,即为监测数据的趋势项。 2)支座位移和梁端纵向位移监测数据应分析平均值、绝对最大值、均方根值和绝对值累积量,宜分析与温度的相关性,并结合振动及模态数据识别支座、伸缩装置的异常和边界条件变化。对于滑动支座,应结合支座位移监测数据和其他检测数据(聚四氟乙烯滑板滑动能力等)进行分析,评估支座工作状态,辅助支座修复或更换等养护决策;对于模数式伸缩装置,宜监测其纵向伸缩均匀性和横向对称性,评估伸缩装置的变形协调性,辅助伸缩装置修复或更换等养护决策。 3)塔顶截面倾角、梁端水平和竖向转角监测数据应分析平均值、绝对最大值、均方根值及其随时间变化规律,宜与位移数据进行对比校核,判断桥梁部件、构件倾斜情况,分析桥塔变形规律,判断伸缩装置和支座工作状态,辅助桥梁构件检查等养护决策。 4)主梁关键截面应变监测数据应分析平均值、绝对最大值、主梁疲劳累积损伤指数;通过雨流法计算主梁疲劳累积损伤指数,评估主梁疲劳损伤状态;索塔、主拱关键截面应变监测数据应分析平均值、绝对最大值,评估索塔、主拱关键截面的受力水平、分布及变化趋势;综合上述分析结果,辅助桥梁构件检查等养护决策。 5)悬索桥吊索、斜拉桥斜拉索、拱桥吊杆(索)等索力监测数据应分析平均值、最大值、最小值、均方根值、疲劳累积损伤指数及其随时间变化趋势。可采用振动频率法计算索力,通过索力极值判断索结构受力状态;可采用直接测力法计算索构件疲劳累积损伤指数,评估索构件疲劳损伤程度。悬索桥锚跨索股力和拱桥系杆索力监测数据应分析最大值、最小值和变化趋势,可用于分析悬索桥锚跨索股力和拱桥系杆受力状态变化。监测索力宜与成桥索力、设计值、破断索力以及定期检测索力进行比对性分析,评估索力变化以及拉索的安全冗余度。综合上述分析结果,辅助缆索构件检查等养护决策。 条文说明 采用加速度计测量拉/吊索索力时,首先计算测量加速度信号功率谱,通过功率谱峰值所对应频率识别拉/吊索自振频率,再通过下式计算拉/吊索索力T: 式中,n为拉/吊索振动模态阶数;m为拉/吊索单位长度质量;fn为拉/吊索第n阶自振频率;L为拉/