DB51/T 2794-2021 山区公路混凝土桥梁结构安全风险监测指标体系设计与预警技术指南.pdf
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决策技术支持technicalsupportfordecisionmaking 根据自动化监测数据和人工检查成果,综合评估桥梁结构安全状态,为制定科学合理的桥梁运营管 理方案和养护维修计划提供技术支撑的行为。
5.1桥梁结构安全风险监测应与现行公路桥梁养护管理制度相结合,主要规定如下: a)桥梁结构安全风险监测应与桥梁人工检查制度形成互补机制,定期将监测数据及其分析处理结 果与经常检查、定期检查和特殊检查结果进行比对和分析,综合评估桥梁结构安全状态; b)监测系统的安全预警与应急响应机制应与桥梁突发事件应急预案配套; c)制定桥梁运营管理方案和养护维修计划时,除应依据桥梁定期检查或特殊检查的评定结果外: 还应综合考虑基于监测数据分析得到的桥梁结构安全评估结论和建议; d)宜利用桥梁结构安全风险监测系统建立健全信息化的桥梁技术档案,并及时更新技术数据,保 障技术档案真实、完整和使用方便。
现行公路桥梁养护管理制度对发现桥梁结构的缺损(或病害)、及其他运行安全隐患,主要依赖于 日常巡查、经常检查、定期检查和特殊检查。桥梁结构安全风险监测系统的建设和长期有效运行,可有 效地克服上述人工检查方法的局限和不足,但无论从政策制度层面还是技术经济层面来看,桥梁结构安 全风险监测尚不能完全替代现行人工检查手段。准确评估桥梁结构安全状态需要综合监测数据和人工检 查结果进行对比分析,形成互补机制
5.2桥梁结构安全风险辨析是安全风险监测
建筑施工组织设计b)监测指标体系设计时应根据桥梁结构安全风险辨析结果进行监测指标选取和测点布设
根据监测目的和适用场景不同,桥梁结构安全风险监测系统可分为综合集成监测系统、特定风 系统和应急监测系统,其定义和适用范围如表1所示。
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表1桥梁结构安全风险监测系统分类
测指标体系设计宜兼顾施工监控和成桥荷载试验的技术要求,采取措施使施工期和运营期监测数据保持 连续、一致。 条文说明 桥梁结构施工监控及成桥荷载试验阶段采集的数据对桥梁运营期监测数据的分析和评估有重要参 考意义。若新建桥梁的运营期结构安全风险监测系统与主体结构同步建设,则有条件在部分关键测点上 使运营期监测系统的数据与施工监控及成桥荷载试验测试系统的数据建立对应关系,从而达到使施工期 和运营期监测数据保持连续和一致的目标。
5监测系统建设与运维的各参与单位应明确责任分工,保障监测系统的持续有效运行,形成安 与应急响应的联动机制、以及安全评估与养管决策的支持机制,
6桥梁结构安全风险辨析
6.1.1监测系统设计时应逐桥进行结构安全风险辨析,A类和B类监测系统宜分别在立项需求分析阶 段和监测指标体系设计阶段进行结构安全风险辨析,C类监测系统可在系统方案设计时进行一阶段的结 构安全风险辨析。 6.1.2桥梁结构安全风险辨析应全面考察桥梁结构受力特点和材料特性、结构既有缺损(或病害)、 荷载作用与外部环境变化等因素及其相互作用和叠加效应,进行充分辨识和综合分析。 6.1.3桥梁结构安全风险辨析可采用专家调查法、事故树分析法、概率分析法、层次分析法、模糊综 合评价法等,应根据项目不同工作阶段的分析目标和深度要求,结合具体项目需求选择其中一种方法或 多种方法相结合进行综合辨识分析
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6.1.4在立项需求分析阶段和监测指标体系设计阶段,宜分别采用不同的桥梁结构安全风险辨析方法, 具体规定如下: a)在系统立项需求分析阶段应以评定桥梁结构安全风险等级为目的,可重点辨识主要风险事件并 对风险事件发生的概率和损失进行定性分析; b)在监测指标体系设计阶段应以科学选取监测指标、合理优化测点布设方案为目标,宜对结构安 全风险进行全面系统的梳理辨识,并对风险事件发生的概率和损失进行定量分析。
6.2立项需求分析阶段
6.2.1监测系统立项需求分析阶段的桥梁结构安全风险辨析宜采用专家调查法,可参照附录A.1的方 法和步骤进行
条文说明 专家调查法又称专家评估法,是在专家个人判断和专家会议方法的基础上发展起来的,它以专家作 为索取信息的对象,依靠专家的知识和经验,由专家通过调查研究对问题作出判断、评估和预测的一种 定性分析方法。 在下列3种典型情况下,专家调查法特别适用,也是唯一可用的调查方法:1)数据缺乏:数据是 各种定量研究的基础,由于数据不足、或数据不能反映真实情况而无法采用定量分析方法时;2)新技 术评估:对于一些薪新的科学技术,在没有或缺乏数据的条件下,专家的判断往往是唯一的评价根据; 3)非技术因素起重要作用:当决策的问题超出了技术和经济范围而涉及到生态环境、公众典论以至政 治因素时,这些非技术因素的重要性往往超过技术本身的发展因素,因而过去的数据和技术因素就处于 次要地位,在这种情况下只有依靠专家才能作出判断。 在立项需求分析阶段的桥梁结构安全风险辨析过程中,以上3种典型情况都需要面对和克服,因此 专家调查法几乎是唯一可用的定性分析方法。 6.2.2根据桥梁结构安全风险辨析结果,公路桥梁的结构安全风险等级宜分为I级(低度风险)、I 级(中度风险)、I级(高度风险)、IV级(极高风险)共四个等级,各风险等级的桥梁采取的监测策 略宜符合下列规定: a)II级或IV级桥梁应进行桥梁结构安全风险监测; b)II级桥梁宜进行桥梁结构安全风险监测; c)I级桥梁可进行桥梁结构安全风险监测。 桥梁安全风险等级及其对应的监测需求和策略汇总如表2所示
表2桥梁安全风险等级及其对应的监测需求和策略
DB51/T2794—2021表2桥梁安全风险等级及其对应的监测需求和策略(续)风险等级风险程度监测需求监测策略应对风险相关的荷载与环境作用和结构响应进A类(C类)监测系统不可接受,风IV级极高风险行全面监测,并结合人工检查成果进行及时预警和综险不可控。合评估。定期检查或特殊检查6.2.3桥梁结构安全风险等级评定宜采用风险评价矩阵方法,根据风险发生概率和风险损失的估测等级,查表3确定风险等级。表3:结构安全风险等级表风险损失风险发生概率123451I1IIIIIII21IIIIIIIIII3 IIIIIIIIIIIN4IIIIIIIIIVIV5IIIIIIIVIVTV注:风险等级=风险发生概率×风险损失,“×”表示风险发生概率和风险损失的不同级别的组合6.2.4桥梁结构安全风险的发生概率分为1、2、3、4、5级,宜根据风险发生概率估测值进行定量评价,也可在过去类似工程案例或事故记录的基础上进行定性评价,评价标准可参照表4。表4风险发生概率等级评价标准表等级定量评价标准(概率区间)定性评价标准1P<0.0003几乎不可能发生20. 0003≤P<0.003极小概率发生30. 003≤P≤0. 03很少发生40.03≤P<0.3偶然发生P≥0.3很可能发生注1:P为概率估测值,当概率估测值难以取得时,可用年发生概率代替。注2:风险发生概率等级宜优先采用定量评价标准确定;当无法进行定量计算时,可在过去类似工程案例的基础上采用定性评价标准确定。6.2.5桥梁结构安全的风险损失等级分为1、2、3、4、5级,应分别从人员伤亡、经济损失及环境影响等三方面进行评价。当多种损失同时产生时,应采用就高原则确定风险损失等级。人员伤亡、经济损失及环境影响的等价评价标准可分别参照表5、表6及表7。7
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表5人员伤亡等级评价标准表
表6经济损失等级评价标准表
表7环境影响等级评价标准表
6.3监测指标体系设计阶段
6.3监测指标体系设计阶段
6.3.1监测指标体系设计阶段的桥梁结构安全风险辨析宜采用事故树分析法,可参照附录A. 和步骤进行。
6.3.1监测指标体系设计阶段的桥梁结构安全风险辨析宜采用事故树分析法,可参照附录A.2的方法 和步骤进行。 条文说明 事故树分析法起源于故障树分析法,不仅能分析出事故的直接原因,而且能深入地揭示出事故的潜
条文说明 事故树分析法起源于故障树分析法,不仅能分析出事故的直接原因,而且能深入地揭示出 在原因,用它描述事故的因果关系直观明了、思路清晰、逻辑性强,既可定性分析,又可定量
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用该方法进行桥梁结构安全风险辨析的基本原则和方法是“以顶上事件为干,以中间事件为枝、以底事 件为叶”进行从结果到原因的逐层逆向溯源分析。既可定性评价每一风险事件的结构重要度排序,也可 定量测算每一层次风险事件的的发生概率和损失程度,并定量分析每一风险源的结构重要度系数、概率 重要度系数等指标。事故树分析结果是科学选取监测指标、合理优化测点布设方案的基础。 6.3.2底险源(底事件)的发生概率测算应以类似工程案例或事故记录为基础。宜优先进行定量测算, 即通过类似工程的长期运行情况统计其正常工作时间、风险源(底事件)发生次数及修复时间等原始数 据,近似求得风险源的发生概率;当难以定量测算时,亦可参照表4将定性评价结果进行量化处理。 6.3.3结构安全事故(顶上事件)的发生概率应以风险源(底事件)发生概率的测算结果为基础,根 据事故树的逻辑关系分层测算得到, 6.3.4风险源(底事件)的结构重要度系数、概率重要度系数及关键重要度系数等参数可根据事故树 的逻辑关系测算得到,宜作为监测指标选取的参考因素。
结构重要度系数:假设各风险源(底事件)的发生概率相等,仅从事故树的逻辑结构上表征某底事 件对结构安全事故(顶上事件)影响程度的参数。 概率重要度系数:表征某个风险源(底事件)发生概率的变化引起结构安全事故(顶上事件)发生 概率变化程度的参数。 关键重要度系数:表征某个风险源(底事件)发生概率的变化率引起结构安全事故(顶上事件)发 生概率的变化率的参数。 6.3.5结构安全事故(顶上事件)的风险损失测算应以类似工程案例或事故记录为基础,分别从人员 伤亡、经济损失和环境影响三方面进行,具体评价方法和准则可参照6.2.5的相关规定。 6.3.6安全事故(顶上事件)的经济损失测算应包括:桥梁应急抢修成本、交通管制和保通成本、维 修加固或恢复改建成本、修复期通行费损失、社会车辆及其它民用设施损毁等在内的所有直接成本和间 接经济损失。
监测指标选取,即科学选取桥梁结构安全风险监测指标。测点布设,即在桥梁结构及其周边环境的 空间坐标系内合理布设监测测点。 7.1.2监测指标宜分为荷载与环境、结构整体响应与结构局部响应三类,应符合JT/T1037一2016中 4.3.2的相关规定。 7.1.3选取监测指标和布设测点时,应在桥梁结构安全风险辨析结果的基础上,遵循“灾害一风险分 析”、“目标一功能分析”、“功能一成本分析”三个基本原则
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对具体监测指标的选取应建立在对桥梁结构安全风险辨析结果的基础上,避免出现以下情况:(1) 危及结构安全的重要风险事件或致灾风险未被覆盖,安全隐患突出暴露;(2)在不必要的监测指标上 花费重金,得到对安全预警和评估无用或无法处理分析的海量闲置数据。 2)“目标一功能分析原则 桥梁结构安全风险监测系统总体目标主要是降低桥梁结构的安全风险,提高运营期养护维修管理水 平。服务于此目标,监测指标的选取应主要瞄准与桥梁结构垮塌等顶上风险事件或其直接致因,宜尽量 选取靠近事故树主干并与结构安全密切相关的环境、荷载和结构响应参数或指标。 3)“功能一成本分析”原则 监测系统的功能需求直接决定监测系统建设和运行的成本预算。对于特定的桥梁,监测系统覆盖的 风险事件和风险源越多,系统就越庞大,建设和维护成本也越高。另一方面,桥梁结构的安全评估应结 合实时监测数据和人工检查成果进行综合分析,安全监测系统应与人工检查制度形成互补机制,监测系 统不能准确识别的安全风险可通过人工定期巡检或应急检查来弥补。综上,应把握安全监测系统与人工 检查互补机制的平衡点,力求达到桥梁结构全生命周期内的性价比最优,为此监测系统设计需进行“功 能一成本分析”。 7.1.4A类和B类监测系统的监测设备除应符合JT/T1037一2016中4.1.9的相关规定外,对于埋入 式监测设备还宜按7.2.1.3d)项的要求布设相应的外置式监测点。 条文说明 对于理入式传感器,可同时布设与其监测数据强相关的外置式传感器,便于通过相关性分析建立理 入式传感器与外置式传感器监测数据之间的对应关系,以备埋入式传感器失效后,外置传感器能继续“接
7.2监测指标选取与测点布设
7. 2. 1总体要求
7.2.1.1选取监测指标时,应根据桥梁结构安全风险辨析结果优先选取风险损失大、发生概率高、或 对顶上事件重要性系数高的风险事件进行监测。此外,还应结合桥梁结构受力特点和材料特性、既有缺 损(或病害)状况、桥位周边环境及桥梁实际运行条件等统筹考虑,相互验证,便于综合分析, 7.2.1.2当结构安全风险辨析结果表明桥位处的水文、地质、气候等各类自然灾害及人为活动对桥梁 构安全有直接影响时,应将灾害和活动本身纳入到监测指标体系中。 7.2.1.3测点布设应基于数据处理分析与安全预警评估的需求,根据结构计算分析、结构危险性和易 损性分析结果确定待监测的关键构件和部位,遵循“代表性、实用性、经济性、少而精”的原则进行测 点布设方案优化,总体技术要求如下: a)应根据桥梁结构的受力分析结果对测点布设方案进行优化,实际监测数据宜与理论计算分析结 果建立一一对应关系; b)宜对结构构件进行重要性、危险性和易损性分析,并将分析结果作为测点布设方案优化的依据; c)对施工过程中发生过质量安全事故,经检测、处理与评估后恢复施工或使用的桥梁部位应布设 对比测点; d 针对采用埋入式传感器的监测点,宜同时布设与其相关性较强的外置式监测点; e) 测点数量和数据采集设备接入能力应具有适度穴余,以确保系统的可靠性,并满足系统未来改 进、扩充和升级的需要。 7.2.1.4对桥梁结构响应监测指标的选取及测点布设宜以结构整体响应监测为主,结构局部响应监测 为辅
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条文说明 相较于应变、裂缝等结构局部响应指标,桥梁结构整体响应指标,如主梁挠度、结构振动等,与桥 梁结构安全状态的相关性更加直接。选择与结构安全强相关的整体响应指标作为输入,可显著增加桥梁 结构安全预警的有效性和安全评估的可靠性。
7.2.2荷载与环境类监测指标
7.2.2.1各级普通公路路网中超载超限车辆管控困难的桥梁、天件运输公路关键路段代表性桥梁宜采 用不停车称重方法对车辆荷载参数进行实时监测,可辅以车牌识别摄像机组成“非现场执法”抓拍系统。 监测指标宜包括断面车流量、车型、车轴重、轴数、车辆总重、车速等,测点布设应符合下列规定: a)宜布设在桥头路基或桥跨范围内有稳定支撑、振动较小部位的混凝土结构铺装层内,应覆盖所 有行车道; b)称重传感器安装的车流断面处宜配套高清摄像机进行辅助监测; c)现场安装施工时还应符合附录C.1的相关规定。 条文说明 目前,省内高速公路运管部门对超载超限车辆管控的成效显著,各级普通公路路网中个别地区超载 超限车辆屡禁不止,宜对各级普通公路路网中超载超限车辆管控困难的关键路段代表性桥梁采用不停车 称重方法对车辆荷载参数进行实时监测,还可辅以车牌识别摄像机组成“非现场”执法系统。其一,可 为准确评估车辆荷载对桥梁结构安全的影响提供基础数据;其二,也可进一步加强“治超”效果。 大件运输公路关键路段代表性桥梁实施车辆荷载监测的目的同上。通常,大件运输公路一幅按通行 大件荷载设计,而另一幅则为普通公路,宜优先对普通公路桥幅进行监测,以辅助其日常管理。
7.2.2.2温度监测包括环境温度监测和结构温度监测,应符合下列规定:
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7.2.2.7对船舶(漂流物)撞击的监测应符合
a)航道等级为I级至V级且未设防撞设施的桥梁,宜对通航孔跨进行船舶撞击监测,可对非通航 孔跨及其它存在大型漂流物撞击风险的跨河桥梁在撞击风险区进行撞击监测; b)宜选择具有区域入侵自动识别功能的视频(或红外线)摄像系统,在船只偏离航道进入危险水 或时自动识别,并通过声光发生装置提醒驾驶人员,避免事故发生或降低事故损失; c)可采用拾振器监测撞击过程中的结构振动响应,测点宜布设在易遭受撞击的桥墩处,且同时监 测水平面内纵桥向和横桥向结构振动响应。
7.2.2.8宜对桥面交通、易发生车船撞击事件的桥下空间进行视频监测
按公路交通运行状态“可视、可测、可控”的要求,宜对桥面交通、易发生车船撞击事件 间进行视频监测。
7.2.3结构整体响应类监测指标
7.2.3.1结构整体响应监测指标选取和测点布设应根据结构振动、变形和位移特点,并结合 识别及安全预警和评估需求综合确定。
7.2.3.2结构振动测点布设应符合以下规定
a)应根据桥梁结构类型及特点,确定结构振动监测和模态分析所需振型阶数: 1)简支梁桥宜至少监测竖向1阶振型: 2 连续(刚构)梁桥、上承式拱桥宜监测竖向2至3阶振型; 3) 对墩高超过40m的梁桥或矢高超过20m拱桥,可增设水平向拾振器,监测结构纵向及横向 低阶振动。 b)应根据桥梁结构动力计算分析结果及所需振型阶数布设测点,拾振器宜布设在结构各阶振型振 福最大或较大部位,并避开节点位置。 7.2.3.3结构整体变形和位移测点的布设应根据结构受力分析结果,宜优先选择主梁、主拱等关键受 力构件的变形、位移包络曲线中最大或较大部位。 7.2.3.4受地灾或洪水威胁的桥跨结构,宜同时对上、下部结构位移进行监测;除符合7.2.2.5、 7.2.2.6的相关规定外,还宜对墩(台)倾斜度、墩(台)顶偏位、及墩(台)梁间相对位移等结构整 体响应类监测指标进行监测,
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7.2.4结构局部响应类监测指标
7.2.4.1结构局部响应监测指标选取和测点布设应根据结构计算分析和易损性分析结果确
a)宜根据结构受力计算分析结果,选择恒载作用下应力水平较高或安全余度较低的关键构件、截 面和部位进行静态监测,选择可变荷载作用下应力幅较大或安全余度较低的关键构件、截面和部位进行 动态监测; b)宜根据结构易损性分析结果,选择易破坏或破坏后易导致结构整体失稳的关键构件、截面和部 位进行监测; c)用于监测恒载作用下结构应变的传感器,应在桥梁新建或加固改造过程中,承重构件尚未承受 恒载前预先埋设在关键截面测点处;
面和部位进行静态监测,选择可变荷载作用下应力幅较大或安全余度较低的关键构件、截面和部位进行 动态监测 b)宜根据结构易损性分析结果,选择易破坏或破坏后易导致结构整体失稳的关键构件、截面和部 位进行监测; c)用于监测恒载作用下结构应变的传感器,应在桥梁新建或加固改造过程中,承重构件尚未承受 恒载前预先埋设在关键截面测点处; d)对应变场分布复杂的构件、截面和部位,宜布设双向或三向应变测点。 7.2.4.3可对混凝土桥梁主要承重构件关键截面的钢筋应力进行监测,测点布设应符合以下规定: a)宜根据结构受力计算分析结果,选择恒载作用下应力水平较高或安全余度较低的关键构件、截 面和部位进行静态监测,选择可变荷载作用下应力幅较大或安全余度较低的关键构件、截面和部位进行 动态监测; b)宜根据结构易损性分析结果,选择易破坏或破坏后易导致结构整体失稳的关键构件、截面和部 位进行监测 c)应在桥梁新建或加固改造过程中,布设绑扎钢筋笼架时预先安装在关键截面的被测钢筋上。 7.2.4.4宜对连续(刚构)梁桥体外或体内预应力钢束的有效预应力进行监测,应符合以下规定: a)可采用振动频率法、磁通量测试法、锚垫板承压法及其他不影响结构安全的方法监测钢束有效 预应力; b)宜优先选择恒载作用下应力水平高或活载作用下应力幅较大的代表性钢束布设测点。 7.2.4.5宜对关键支座的支座反力和位移进行监测,监测项目应包括支座位移或支座反力,测点布设 应符合下列规定: a)对于易发生倾覆的独柱墩桥梁、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 梁应布置支座反力或支座位移监测设备;件 b)支座反力的监测宜选用测力支座;测力支座在使用前,应重新设置零点,并在支座上加载标准 重物,修正支座参数; c)支座位移的监测应能判定支座脱空情况;采用位移监测设备监测支座位移时,传感器量测方向 应平行于支座反力方向, 7.2.4.6宜根据桥梁结构受力分析、易损性分析结果或设计要求,对混凝土主要承重构件上宽度超限 的代表性受力裂缝进行裂缝宽度监测,传感器布设时测量轴应与裂缝走向垂直。 7当山反人版
为方便使用,本标准将7.2.1至7.2.4的相关技术要求汇总列于附录B。附录B除对常见监测 行了梳理汇总外,针对结构响应监测指标,结合常见桥型给出了初步的测点布设方案,具体使用 符合 7. 2. 1 至 7. 2. 4 条的相关技术要求。
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7.3监测设备选型与安装施工设讯
7.3.1监测设备选型前应充分了解桥梁周边环境和运营条件,以及现场供电、通信接人条件。对于供 电及通信条件差、线缆敷设困难的桥梁,在监测设备选型时宜优先选择抗干扰性能好和功耗低的无线监 测设备。 7.3.2传感器选型应全面考虑量程、精度、分辨力、灵敏度、动态频响特性、抗干扰性、长期稳定性 耐久性、环境适应性、可更换性和经济性等要求,宜便于现场安装、集成调试和维修更换。 7.3.3传感器布设及安装施工设计应考虑防雷、防静电、防尘、防水等防护措施。 7.3.4传感器安装前应进行必要的校准或标定,系统运维过程中也宜定期标定或自校
校准:由具有计量检验资质的第三方机构,依据校准规范或方法,确定传感器的示值误差,必要时 加以修正的操作过程。 标定:由传感器生产厂商或用户,分别在出厂前或使用过程中对其测量精度进行检测,必要时加以 修正的操作过程。 自校:传感器用户在使用过程中对其测量精度进行检测,必要时加以修正的操作过程,
其主要功能和性能技术指标宜符合下列规定:
a)传感器输出为电荷信号的,应选用电荷放大器进行信号调理和采集; b)传感器输出为数字信号的,可选用基于RS485、CAN、ModbusTCP或UDP等技术标准的数据采 集设备,并指定传输距离、传输带宽及速率等主要技术指标; c)传感器输出为电流或电压模拟信号的,宜采用标准工业信号;可选用基于PCI、PXI等技术的 集中式数据采集设备,并确定输入范围、分辨力、精度、传输带宽和速率; 传感器输出为光信号的,应采用专用的光纤解调设备: e 电阻应变传感器输出应选用惠斯通电桥调理仪进行信号调理及放大; f 电信号应进行光电隔离,以增强抗干扰能力; g 数据采集设备的模数转换分辨力不宜低于24位; h 静态模拟信号可选用多路模拟开关和采样保持器进行多路信号依次采集: 动态信号宜采用抗混滤波器进行滤波和降噪。 7.3.6 常用监测设备的具体选型要求、主要技术指标及安装施工要求应符合附录C的相关规定
8.1.1桥梁结构安全预警宜分为风险事件管理和预警升降级管理两个层级。实测风险监测指标超越预 设阈值时,触发风险事件;对风险事件经专业规则链分析或专家评估后,认定影响桥梁结构安全状态时 应调整桥梁预警级别
许多桥梁结构健康/安全监测系统均基于现场传感器采集的实时监测数据是否超过预设的阅值标准 判断结构安全状态,监测值超过阈值则预警。上述安全预警规则过于简单,易导致虚警误报频发或遗漏 重要安全风险事件。本标准针对上述弊端,将安全预警管理分为两个层级,即:风险事件管理和预警 态管理。
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8.1.2监测系统应在试运行前预设风
测系统试运行期间及后期运维过程中还应根据桥梁周边环境、运行条件、结构性能的变化、以及对结构 状态认知的深入,持续进行风险触 的补充、修正和优化,并定期检验其有效性。
桥梁结构是一个典型和复杂的事变系统,其性能和状态具有随时间变化的显著特性。一座桥梁从开 始建造,到工服役,到逐步劣化,到维修加固,直到最后废弃的全寿命过程,其完成设计赋予的使用 功能概率是一种随时间变化的过程。结构性能的变化既包括自身的逐步劣化,也包括其随时间的周期性 波动,因此安全风险事件的触发阈值和结构安全状态管理的专业规则链(预警专业规则)具有一定的时 效性。应结合对桥染结构的认知水平和实际服役状况,持续对阅值和预警触发专业规则进行补充、修正 和优化,并定期检验。目标是在把控住结构主要安全风险的前提下,尽量减少虚警,降低系统运维的人 力成本。 对阅值和预警触发专业规则有效性的定期检验可结合对桥梁结构安全评估报告的确认或评审环节 展开。有效性检验主要考察两方面:1)阈值和预警触发专业规则的设置是否覆盖桥结构主要安全风 ?2)结构安全评估周期内的系统误报率是否可接受?有无措施进一步降低误报率? 8.1.3监测系统宜支持对风险事件触发、预警状态调整(包括自动升级和人工干预)、预警快讯/快报 发布、应急响应措施等全过程事件的自动记录和归档,
8.2.1传感器采集到的实时监测数据不宜直接用于阈值比对,实时监测数据应经数据预处理及分析后 得到表征结构安全风险的特征指标,再将其与预设阈值自动比对,状态特征指标超过值则触发风险事 件。实时监测数据的处理分析应符合JT/T1037一2016中8.2的相关规定。 8.2.2对应于每项状态特征指标应设置阈值体系以实现风险事件的自动触发功能,阈值及其超限判据 设置宜采用以下两种形式: a)容许國值:判断状态特征指标是否处于正常范围的单向阈值。状态特征指标超出容许值的级 别可表征该项状态的风险程度;状态特征指标未超出容许阈值时,其间距也可大致表征该项状态的安全 富余度; b)区间阈值:判断状态特征指标是否处于正常范围的双向阈值。基于监测数据是否在合理值附近 或者在合理范围之内进行异常分析和判断
2.1传感器采集到的实时监测数据不宜直接用于阅值比对,实时监测数据应经数据预处理及分 到表征结构安全风险的特征指标,再将其与预设阈值自动比对,状态特征指标超过阈值则触发风 。实时监测数据的处理分析应符合JT/T1037一2016中8.2的相关规定。
得到表征结构安全风险的特征指标,再将其与预设阈值自动比对,状态特征指标超过阈值则触发风险事
a)容许阈值:判断状态特征指标是否处于正常范围的单向阈值。状态特征指标超出容许阈值的级 别可表征该项状态的风险程度;状态特征指标未超出容许阈值时,其间距也可大致表征该项状态的安全 富余度; b)区间阈值:判断状态特征指标是否处于正常范围的双向阈值。基于监测数据是否在合理值附近 或者在合理范围之内进行异常分析和判断。 以上两种阅值判据的表达式及说明见表8
表8阈值判据的两种形式
每项状态特征指标对应的阈值判据可分为1至3级设置,不同的阈值级别量化表征状态特征指 常范围的程度。 常见状态特征指标对应的初始阈值设置宜符合下列规定:
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a)车辆总重或轴重:容许值,1级值=1.5倍设计标准车辆荷载;2级阈值=2.0倍设计标准车 辆荷载; b)最高温度、最低温度、最大温差及最大温度梯度:容许阈值,1级阈值=设计值;2级阈值=1.2 倍设计值; c)构件封闭空间内相对湿度:容许阅值,1级阈值=50%; d)水平地震动加速度峰值:容许阈值,1级阅值=设计E1地震作用加速度峰值时;2级阅值=设计 E2地震作用加速度峰值; e)位移或变形:容许阈值,1级阈值=0.8倍设计值;2级阅值=设计值或一个月内超越1级值 10次以上; f)墩台冲刷深度:容许阈值,1级阈值=0.7倍设计冲刷深度;2级阈值=设计冲刷深度; g)主梁振动加速度:容许阈值,1级阈值=舒适度限值,且持续时间超30分钟;1级阈值=幅值持 续增大,呈发散特征; h)裂缝:容许阈值,1级阈值=出现结构性裂缝;2级阈值=裂缝宽度达0.2mm; i 体外预应力:容许阅值,1级阈值=体外预应力相对损失5%;2级值=体外预应力相对损失10%; j)上述状态特征指标的更高级阅值、其它特征指标的初始阈值、以及所有特征指标的阈值动态调 整,宜结合被监测桥梁的技术规范限值、结构理论计算分析结果及历史监测数据统计分析结果等综合考 虑确定
8.3.1桥梁预警级别直接对应桥梁结构安全状态,宜分别设为绿色、蓝色、黄色、橙色和红色五个预 警级别,总共代表桥梁结构安全的五种状态: a)绿色安全状态:桥梁荷载与环境、结构响应等各项监测参数均在正常范围之内,满足设计和规 范要求,桥梁使用功能正常,结构安全; b 蓝色预警状态:个别结构状态特征指标超出1级阈值,对桥梁正常使用功能有轻度影响: c)黄色预警状态:多项结构状态特征指标超出1级阈值,或个别结构结构状态特征指标超出2 级阈值,影响桥梁的正常使用功能; d)橙色预警状态:多项结构状态特征指标超出2级阈值,或个别与结构安全密切相关的状态特征 指标超过3级阈值,严重影响桥梁的正常使用功能,若不及时处治会显著增加结构安全风险: e)红色预警状态:对监测数据和专项检查结果进行技术评估或专家会审后确认,桥梁已出现危及 结构安全的严重缺陷,或荷载与环境风险显著加剧,桥梁结构无法正常使用,随时可能造成桥梁结构安 全事故,需进行临时交通管制或应急处治。 8.3.2桥梁结构安全预警级别的升降级模式应包括系统自动触发和人工手动触发两种,宜符合下列规 定: a)预警升级:蓝色、黄色及橙色预警升级可由系统自动触发,也可由人工手动触发:升级红色预 警应由人工手动触发。 b)预警降级:应由人工手动触发。 8.3.3监测系统应支持自动判识各项状态特征指标超阅值触发的风险事件,并根据预设的预警专业规 则链自动调整预警级别。预警专业规则链宜根据桥梁结构安全风险辨析结果、结构理论计算分析结果、 前期预警记录及应急响应情况,并结合系统管理人员的专业技术经验进行设定和调整。 8.3.4对安全预警级别进行人工调整,应根据技术分析评估(会审)的结论或应急响应过程中的现场 检查杰通管制成应盒外治的反馈结里实施
警应由人工手动触发。 b)预警降级:应由人工手动触发。 8.3.3监测系统应支持自动判识各项状态特征指标超阈值触发的风险事件,并根据预设的预警专业规 则链自动调整预警级别。预警专业规则链宜根据桥梁结构安全风险辨析结果、结构理论计算分析结果、 前期预警记录及应急响应情况,并结合系统管理人员的专业技术经验进行设定和调整。 8.3.4对安全预警级别进行人工调整,应根据技术分析评估(会审)的结论或应急响应过程中的现场 检查、交通管制或应急处治的反馈结果实施。 8.3.5桥梁结构安全预警的各级预警级别、触发模式、判别依据及其对应的结构安全状态汇总见表9
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表9预警级别及其对应的技术状态、触发模式和判别依据
8.3.7桥梁结构安全预警体系框架宜符合图1
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图1桥梁结构安全预警体系框架示意图
3.4.1桥梁突发事件应急预案应与结构安全预整机制配套,并形成联动机制,宜定期
3.4.1桥梁突发事件应急预案应与结构安全预警机制配套,并形成联动机制,宜定期对其有效性进行 险查评估;桥梁结构安全预警后应快速启动相应的应急预案,统筹协调监测系统的预警管理机制,及时 采取相应的应急响应措施,预防桥梁塌等恶性事故发生,
针对建有结构安全风险监测系统的桥梁,为使桥梁突发事件应急预案与监测系统的预警管 钩和联动,应重新制定或修订原应急预案。
8.4.2各级预警后采取的应急响应措施应包括但不限于
1.2各级预警后采取的应急响应措施应包括但
a)蓝色及黄色预警:应及时对预警信息进行分析评估,如有必要应尽快安排现场复查,并根据分 沂评估、现场复查结果决定是否调整预警级别;若调整预警级别,则按调整后的预警级别采取相应的应 急响应措施。 b)橙色预警:发出预警快讯及快报,及时对预警信息进行分析评估,尽快安非现场复查或专项检 查,并根据分析评估、现场复查或专项检查结果决定是否调整预警级别,酌情采取临时交通管制或应急 c)红色预警:发出预警快讯及快报,采取临时交通管制或应急维修加固处治,
安全评估与养管决策技术支持
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9.1.1桥梁结构安全评估从评估方法和技术深度层面宜分为安全一级评估和安全二级评估,安全一级 评估、安全二级评估应符合JT/T1037一2016中第8章的相关规定。 9.1.2进行安全一级评估时,除应符合JT/T1037一2016中8.4的相关规定外,还应将监测所得的状 态特征指标与以下人工检查(或检测)结果进行对比分析: a)恒载作用下结构变形(位移)特征指标宜与人工控制检测(定期检查或特殊检查)的桥面高程 主拱圈线形、墩台倾斜度、墩台变位、拱座变位及其它永久性观测点的观测数据进行对比分析; b)活载作用下结构变形(位移)特征指标宜与近期桥梁荷载试验数据进行对比分析; c)结构监测自振特征指标宜与近期桥梁自振特性试验及模态分析数据进行对比分析; d)裂缝宽度特征指标宜与近期人工检测所得的裂缝宽度实测值进行对比分析。 对比分析时,应注意人工检查(或检测)时的环境和荷载条件与运行监测的差异;当环境和荷载条 件不同时,应换算到相同或相近条件下进行对比分析。 9.1.3桥梁结构有限元模型修正方法可根据实际情况采用基于结构静力响应、动力响应或响应面的 种万法或多种方法组合,并应符合JT/T1037一2016申8.5的相关规定。 9.1.4桥梁结构安全评估从组织实施层面宜分为定期评估和专项评估,定期评估应符合9.1.5中的相 关规定,专项评估应符合JT/T1037一2016申第8章的相关规定。 9.1.5定期评估频率应结合桥梁结构所处的安全预警状态,宜按表10规定的频率开展安全评估工作, 评估方法和技术深度可为安全一级评估或安全二级评估。
表10桥梁结构定期安全评估频率
安全评估报告内容除应符合J 10、8.5.7、8.6.7的相关规定外, 内监测系统的总体运行情况 事件及其处理过程汇总
9.2养管决策技术支持
2.1应对桥梁结构安全风险监测 进行综合分析、互为补充,共同为制 运营管理方案和养护维修计划提供决策技术支持,其流程框图见图2。
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定桥梁运营管理方案和养护维修计划的流程框图
条文说明 为满足交通运输部和四川省交通运输厅关于监测系统应与现行定期(特殊)检查制度形成互补机制、 综合评估桥梁运行状况的政策要求,本标准要求桥梁经营管理单位制定桥梁运营管理方案和养护维修计 划时,除依据定期(特殊)检查的结论和建议外,还应综合考察桥梁结构安全评估的结论和建议。 9.2.2综合考察基于定期检查或特殊检查的桥梁技术状况等级(JTG/TH21)和基于安全风险监测评估 的桥梁安全状态等级(JT/T1037)制定桥梁运营管理方案和养护维修计划时,宜按表11的分类确定养 管措施。
牛奶标准表11桥梁技术状况等级、安全状态等级与养管措施
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本条文的运营管理方案和养护对策与《公路桥涵养护规范》(JTGH11)、《公路养护工程管理办 法》《公路养护工程管理办法》(交公路发(2018)33号)一致。 .2.3桥梁技术状态评定等级与安全状态评定等级不一致时,应依据最不利的评定结果确定运管方案 和养护计划。
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附录A (规范性) 桥梁结构安全风险辨析方法
采用专家调查法进行桥梁结构安全风险辨析的方法和步骤如下: 1.组建安全风险评价小组 安全风险评价小组可由项目所涉桥梁养管单位或受托承担项目的专业技术机构组建,也可双方人员 共同组建。小组成员应由具备丰富经验的桥梁、地质等专业技术或管理人员组成土建标准规范范本,一般以3~5人为宜。 2.基础资料准备 基础资料由风险评价小组收集准备,宜包括桥梁工程设计(竣工)图纸文件、运营期内桥梁检测及 维修资料、以及桥址处水文、地质、地形和气候环境等资料。必要时可组织评价小组成员和专家进行现 场踏勘。 3.编制风险调查表 风险调查表由风险评价小组编制,由风险源普查表、风险源检查表、风险等级专家调查表、风险调 查说明材料。说明材料为本次专家调查的解释性内容,应包括调查目的、指导提示性语言、对调查结果 的要求和相关基础资料简介等。 风险发生概率等级与判断标准、风险损失等级与判断标准可参照6.2。风险源普查表、风险源检查 表、风险等级专家调查表可参照表A.1表A.3的格式。 4.选择专家 专家组人数应有合理的规模。专家的人数取决于项目的特点、规模、复杂程度和风险的性质而定: 般以5~9人为宜。 专家组宜包括: 1)了解该本项目桥梁工程建设或养管情况的桥梁工程资深技术专家: 2)具有丰富工程风险评估经验的风险管理专家; 3)本项目桥工程新建或维修加固设计单位的技术专家。 专家组不宜包括:工程的项目法人(业主)单位、施工单位、监理单位、桥梁养管单位的技术人员 或专家。 庄 5.填写风险调查表 风险源普查表应由风险评价小组成员在对基础资料进行分析后填写。评价小组通过小组讨论、专家 咨询等方式对小组成员填写的风险源普查表逐一检查后,统一完成风险源检查表。风险等级专家调查表 的填写可通过现场会议、邮寄等方式完成。采用专家邮寄方式填写调查表时,可从风险源检查表、风险 等级专家调查表中的“典型风险”栏、“当前状态”栏、“基于正常运行的风险管理措施”栏、以及风 险调查说明材料中获取相关信息;采用现场会议方方式时,可由评价小组直接介绍相关信息或专家查阅 相关基础资料。当专家意见比较分散时,应再次征询意见,待专家重新考虑后再次提出自己判定风险发 生概率和风险损失等级的理由,调整等级判定结果。 6.整理统计调查结果 在风险等级调查表集中回收完成后,应对调查表进行逐份检查,剔除不合格的调查表,然后将合格 调查表统一编号,以便于调查数据的统计。对某一项风险的发生概率和相应风险损失,应统计所有合格 表格对该项的判定值,按照加权平均的方式进行计算。当权值不易判定时,可按权值为1处理
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表A.3风险等级专家调查表
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