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2. 超静定结构混凝土徐变产生的内力重分布测试研究 混凝土的徐变计算是基于老化理论：
φ（t , ti）=φ（∞, ti）［1－e-β(t-ti)］ 影响徐变系数φ（t , ti）的因数很多，包括混凝土的骨料、强度 等级、构件截面形状、环境温度、加载龄期等，同一结构物的不同 部位，徐变系数也可能不同，因此，根据老化理论计算得出的徐变 内力可能与实际情况存在一定的差异，此差异多大，至今尚不清楚。 在其它因数相同的条件下，实测连续梁支座反力由于混凝土的徐 变引起的重分布可求得结构内力的重分布，通过理论值与实测值的 比较分析，必要时可对理论计算进行修正。
反力数据表
安全 预警 报警
桥名可多选 最多4座
25000KN
20000KN
15000KN
10000KN
5000KN
102#
103#
里程
里程
34500 31560
104#
105#
106#
里程
里程
里程
107#
里程
采集模式设置 自动模式 手动采集 动态模式 停止采集
静定结构采集模式设置： 采集时段：
频率：
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（2） 超静定结构桥梁的健康监测 桥梁运营期间，基础沉降、温度变化、收缩徐变等都引起结构
内力重分布，严重时可能使桥梁结构产生积累损伤。通过支座 反力的监测，可分析各种荷载因数对桥梁结构内力的影响及其 变化规律，达到对桥梁使用安全作出预测和评估的目的。
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（3） 荷载实测研究 桥梁设计规范中，有些设计荷载的大小及其分布尚缺乏试验依据， 如收缩徐变和温度变化产生的附加荷载、冲击荷载、制动力和风力 等，荷载取值过高将造成浪费，估计不足则不安全。这些荷载对桥 梁受力安全有较大的影响，有些甚至控制设计。因此，实测这些荷 载的大小及其分布具有重大的技术和经济意义，必将推动桥梁设计 和施工向安全和经济的方向发展。
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分析可知，通过监测支座反力监测桥梁施工和使用安全性是 桥梁健康监测的一种行之有效的办法，研制一种具有负荷传感 器功能、具有实用推广价值的测力支座便成为桥梁健康监测的 关键。另一方面，桥梁健康监测应是一种长期、日常化的工作， 要求支座反力数据的采集与分析必需实现自动化，否则，桥梁 的健康监测是一项无法完成的工作。
（1） 施工监测 常用的超静定结构桥梁如连续梁桥、斜拉桥等多数采用悬臂施工， 需经历悬臂施工、合拢、体系转换、桥面铺设等过程。施工各个阶段 的荷载包括梁段自重、临时施工荷载、体系转换和温度变化以及收缩 徐变产生的重分布荷载、二期恒载等，繁琐的施工过程和复杂的荷载 可能使桥梁体系转换后的内力与设计值出现较大的偏差。
运营期间，桥梁是否存在隐患，目前仅有的手段是难以及时发 现的，更无法了解桥梁可能出现的劣化趋势。因此，迫切需要一种 行之有效的自动化手段对大量新建的桥梁进行健康监测。
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2.解决方法 桥梁支座是连接桥梁上、下部结构的关键受力构件，上部结构的 荷载通过支座传给下部结构和地基基础；地基基础支承状态发生变 化，将改变支座反力和上部结构内力的分布。由此可见，支座反力 的分布直接反映了桥梁结构内力和地基基础的支承状态，通过监测 支座反力分布状态及其变化规律，可了解桥梁结构内力的实际分布 状态、地基基础的支承状态及其变化规律，据此便可对桥梁的健康 状态进行分析并作出正确的判断。
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④ 系统实现数据采集与分析自动化，具有自检、预警和报 警等智能化功能。
⑤ 监测界面采用开放式设计，可根据不同桥式，输入不同 的结构内力计算公式，界面设计人性化，使用灵活方便。
⑥ 系统构成简单，安装方便。
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三、 智能测力支座系统的应用
智能测力桥梁支座系统可广泛应用于铁路、轻轨、公路、市政道路 各种桥梁，特别是大跨度桥梁如连续梁桥、斜拉桥、悬索桥以及各种 跨大江河和跨海大桥的施工和健康监测，也可用以开展桥梁荷载的实 测研究，应用前景广阔。
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通过实测体系转换后支座反力的变化规律（对于斜拉桥，还需 测出斜拉索的拉力），可计算出体系转换后实际结构内力及其变 化规律，评估桥梁的安全性。
下图为可串接于拉索锚具与结构物之间的扁形压力传感器,一个 承载力5000kN的该传感器,厚度仅为60mm左右，可用于对拉索 承受的静、动态拉力进行测试。
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智能桥梁支座及 桥梁安全预警物联系统
中国铁道科学研究院铁道建筑研究所
2011年12月12日
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目录
一、 桥梁健康监测的意义、技术难点及解决方法 二、 智能测力支座系统的组成及其特点 三、 智能测力支座系统的应用
1.桥梁施工和运营安全监测及预警 2.桥梁荷载研究 四、 创新及意义
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四、创新及意义 智能测力支座系统的核心设备为球型测力支座，该测力
支座创造性地将球型支座技术与传感器技术有机结合成一 体，既起球型支座的作用，又是一个大负荷压力传感器。 测力支座辅以成熟的数采技术，借助现代通信技术和专用 的监测平台，使得以测力支座为核心技术所组成的智能测 力支座系统具有自动数据采集、传输、分析、预警和报警 等功能，实现桥梁监测的自动化和智能化，系统整装技术 达到世界领先水平。
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5.大跨度桥梁风荷载的测试研究 大跨度钢桥，特别是跨海大桥对风振作用较为敏感，通过测力支 座可实测风荷载的大小及其作用频率，对钢桥抗风设计具有重大意 义。 6.地震荷载的长期监测 我国目前尚没有实测的地震地面运动加速度谱，实测地面运动加 速度谱对结构抗震设计意义重大。 在地震区应用测力支座进行长期监测，当发生地震时，测力支座 可自行提高数据采集频率，记录测力支座测得的地震力波形。
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谢 谢！
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3. 温度变化产生的附加荷载测试研究 超静定结构温度变化将产生结构内力重分布。在其它因数相同 的条件下，可通过测试环境温度变化和相应支座反力的变化，研究 不同的温度环境产生的结构内力重分布的状况。
4. 制动力的测试 制动力是桥梁墩、台承受弯矩作用的主要水平荷载，实测制动 力的大小及其分布对墩台设计的安全性及经济性具有很大的技术经 济意义。
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为保证桥梁的安全及设计的经济合理，准确测出桥梁的各种荷 载、监测桥梁各阶段的受力状态和工作状态具有重大的意义和紧迫 性，然而，国际上尚没有一种能够对桥梁整体的受力状态或桥梁的 工作状态进行实时监测与安全性评估的可行方法。
施工阶段，目前施工监测常用的传感器主要有应变计和位移计 两种。应变计用以测试桥梁局部应变，是一种间接的局部应力测试 方法，难以通过应变的测试，全面了解桥梁上部结构和下部结构的 整体受力状态。
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桥名
线路名称： 成绵乐铁路客运专线
区段选择： 成都-新津
结构类型
显示反力分布图
桥梁名称
×××桥A连续梁桥 ×××桥B连续梁桥 ×××桥C连续梁桥 ×××桥D连续梁桥
里程选择： 默认起始里程 默认终止里程 选择确认
图形显示选择 瞬时反力 时程曲线 弯矩图 关闭警戒线
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2000年8月27日连接台湾高 雄屏东两县的重要通道高坪大 桥突然拦腰断裂桥面下陷100 米至少有17部车辆受困在断裂 倾斜的桥面处5部车掉入河水中， 22人受伤住院。
2007年10月23日23时许内 蒙古自治区包头市民族东路高 架桥桥面发生倾斜行驶在桥上 的两辆重型货车随路面侧滑到 桥底造成桥下包环，铁路专用 线中断。
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一、 桥梁健康实时监测的意义、技术难点及解决方法
1. 桥梁健康实时监测的意义、技术难点 目前桥梁设计规范中，由于没有有效测试手段，一些桥梁荷载及其 分布是基于一定的假设后通过计算得出的，计算结果与实际存在一定的 误差。误差过大可能造成桥梁使用不安全或安全度过大产生浪费。因此 实测出上述荷载，是桥梁设计安全性和经济性的必要前提。近年来，国 内外桥梁时有垮塌的恶性事故发生，这些恶性事故有些发生在桥梁施工 期间，有些出现在桥梁运营若干年后，给各国人民生命财产造成巨大的 损失。造成桥梁破坏的因素虽然多种多样，归其原因是各种外界因素使 桥梁和地基基础承受的荷载及其分布发生变化并积累到一定程度，超过 桥梁结构或地基基础的承受能力所造成的。
-15000KN· m -10000KN· m
0 5000KN· m
34500 31560
图2 监测平台主界面图
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108#
109#
里程
里程
108#
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里程
里程
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智能测力支座系统具有如下特点： ① 测力支座是一种球型支座，满足桥梁支座的各种使用要求；
同时也是一种单向或多向大负荷传感器，可对作用在桥梁上 的各种竖向和水平方向的荷载单独或同时进行测试。 ② 测力支座采用的传感器、数据采集与传输模块均为经过长期 考验的成熟技术，测试方法可靠，精度高。 ③ 系统可根据需要，对使用该系统的所有桥梁的健康状况实现 集中监测与管理，监测数据多部门分享。
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智能测力支座系统是中国铁道科学研究院自主创新的科研 成果，属国际首创。该系统的应用大大提高桥梁健康监测的 技术水平，使过去不可能做到的桥梁安全实时监测成为可能， 其推广应用必将大大提高我国对桥梁结构安全、高速铁路桥 梁运营安全的监测水平，极大地推动桥梁设计和监测技术的 进步，对我国桥梁建设和交通事业的发展具有重大的技术经 济意义和社会意义。
中国铁道科学研究院 二、 智能测力支座系统的组成及其特点
数采模块 图1 系统组成
图1所示，智能测力支座系统是一个以测力支座为核心部件、以数 据自动采集模块和远程数据传输模块为辅助设备，借助现代通信网 络和远程监测平台组成的桥梁健康监测物联网系统。图2为监测平台 主要操作界面。