[00335818]梁桥安全预警技术的研究

1 任务来源 该项目为西部交通建设科技项目（编号：2005 318 000 14）。 2 应用领域和技术原理 该项目应用于钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥,为梁桥安全运营提供技术保障,发现结构危险状况及时发出预警。 该项目在对国内外桥梁管理、检测监测、安全评价、交通控制等相关技术深入研究的基础上,采取文献调研、现场试验检测、理论分析、数值模拟和跟踪监测等多种方法,重点围绕确定梁桥安全评价方法体系、安全预警分级及相关分级指标值和开发综合梁桥安全预警系统三方面,以五项子课题进行了深入研究,取得了梁桥安全指标体系研究、梁桥安全检测/监测技术研究、梁桥安全评价方法体系研究、梁桥安全预警分级及相关分级指标值的研究,及基于太阳能供电、优化的采集设备布设、远程无线数据传输、服务器数据接收分析、网络化预警信息查询的综合梁桥安全预警系统等方面的研究成果。 3 性能指标 （1）建立不同结构类型梁桥安全影响因素及指标体系 根据梁桥结构受力形式的不同,研究不同结构类型梁桥安全重要控制部件和部位,以及影响梁桥安全的各种因素,并结合梁桥安全监测技术,建立不同结构类型梁桥安全指标体系。 （2）建立梁桥安全评定模型 通过对国内外已有桥梁安全性评价研究成果的分析研究,结合梁桥结构特点和受力形式,在已有研究成果安全评价指标体系和安全监测系统的基础上,建立梁桥安全预警技术的安全评定模型。采用结构可靠度、层次分析、模糊理论相结合的理论方法,建立安全评定方法及体系,从而建立起既有桥梁的实用评价体系构架。 （3）确定不同结构类型梁桥安全预警分级及相关分级指标值的确定依据 通过影响梁桥安全性能的指标,在众多的指标中选择反映梁桥安全的关键因素,进行定量分级,即确定各安全指标的数值,研究梁桥安全程度的状况。综合运用现有先进理论将影响各种梁桥安全性能定量和定性指标进行量化,经过依托工程的试验验证,调整影响各种结构类型梁桥分级指标的数值,最终确定各种梁桥分级指标值。 （4）实施梁桥安全预警技术与设备集成应用 该系统是以微机网络和多媒体应用技术为基础的、为梁桥安全运行服务的安全监控预警系统。系统应具有先进性、实用性、可靠性、界面友好、便于操作和能够扩充等先进特征。鉴于此,梁桥安全预警系统开发达到的总体目标是：充分利用现代计算机多媒体、网络化先进的软、硬件技术,在安全监测基础上实现集成智能的数据管理、信息分析、安全预警。 4 与国内外同类技术比较 国内外学者在桥梁安全评价、桥梁安全监测方面做过不少研究,取得了一定的研究成果。但是大部分研究成果都是针对某一桥梁的专用监测系统,尚没有针对不同结构类型的梁桥安全评价通用性的指标研究成果,也没有针对梁桥集成研发安全监测系统、数据传输系统、评价分析等软硬件系统,形成梁桥安全预警综合管理系统。本项目在建立梁桥安全指标体系、安全评定模型、确定安全预警分级及相关分级指标值、研发梁桥安全预警系统等方面的研究成果均取得了重大突破,处于国际先进水平。 5 成果的创造性、先进性 （1）梁桥安全实时监测与数据在线分析技术 针对梁桥安全指标体系中的外观状况指标和材质状况指标,桥梁检测技术的研究从检测内容、检测仪器、检测方法等方面进行了研究,从而确定桥梁检测技术的最优化方法。 针对梁桥安全指标体系中的受力性能指标,桥梁监测技术从监测方法与监测仪器设备性能参数对比优选,从而实现了挠度、裂缝、应力以及车辆荷载的数据采集技术研究。针对不同的梁桥类型与影响因素,从设备的使用寿命、精度、通用性和成本等方面比较,形成了满足本项目需求的推荐性设备。 （2）实现基于PDA的梁桥安全指标采集与实时分析系统 在桥梁检测过程中建立梁桥外观PDA采集系统,促进桥梁定期检查的工作实施,有效、准确、快捷地采集梁桥表观病害数据,从而完成梁桥安全预警系统表观状况指标的计算。通过查询所检测桥梁结构的数据库,方便现场采集人员了解桥梁的基本信息。 （3）确定梁桥安全预警指标体系、等级划分及分级指标值 通过对公路梁桥表观病害的调研分析及《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）的规定,重点研究梁桥结构常见病害及其特点,确定表观状况的各项分级指标值。 通过对梁桥耐久性状况分析研究及《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的规定,确定材质状况的各项分级指标值。 通过对常用梁桥挠度、裂缝、应变的研究,重点关注正常使用极限状态的要求以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTG D62-2004）的规定,结合依托工程桥梁的理论分析和实桥应用,确定受力性能指标的各项分级指标值。 （4）梁桥安全预警机制的建立 对于梁桥结构的表观病害、材质状况病害、以及受力性能劣化情况做了研究,确定评价结果按照5个等级表示,分别为绿色、蓝色、黄色、橙色和红色。其中预警级别为蓝色预警、黄色预警、橙色预警、红色预警。 鉴于表观状况、材质状况、受力性能（挠度、裂缝、应变）既有相关性又有一定的独立性。因此在预警系统中表观状况、材质状况、挠度、裂缝、应变各自单独显示预警等级,全桥显示总体预警等级。 6 作用意义 （1）经济效益 项目的研究成果的应用,可杜绝受控梁桥垮塌事故的发生,使因梁桥病害而发生的交通故障同比减少90%,使梁桥大修加固费用同比减少60%,提高示范工程桥梁畅通率达98%。另外,据有关统计数据,我国每年用在路桥养护和整修的相关费用约20亿元人民币,且呈现出逐年增长的势头,预计项目成果的应用可使资金增效5﹪,增效资金近1亿元。另外,巨大的需求为本项目提供了难得的产业转化机遇和不可估量的市场潜力。 （2）社会意义 项目成果的应用可提高养护管理人员的素质,及养护管理水平;推进桥梁管理的现代化,有效地提高公路管理技术标准、工作质量和工作效率,提高桥梁运营的安全性,提高对突发事件的反应能力,提高桥梁的社会综合服务能力,促进公路部门更好地面向社会。 在受控梁桥的基础上,保证90﹪以上的梁桥具有安全预警的及时性和有效性,98﹪的杜绝恶性坍桥事故。从长远看,通过梁桥安全预警技术研究成果的推广应用,在未来3～5年内,可将我国干线公路梁桥和部分重要县级路上的梁桥纳入梁桥安全预警系统。 因此,本项目具有显著的社会效益。