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一、总体说明

1.1黄河特大桥概况

黄河特大桥是包头至树林召高速公路（简称包树高速）项目中重要的控制性工程。大桥位于黄河磴口浮桥下游4600 米，起点地处包头市沙尔沁镇官地村,终点位于鄂尔多斯市达拉特旗的德胜泰乡。大桥起终点桩号分别为K2+176.5及K7+833.5，全长5657 m。
大桥由北往南分别跨越民生渠、萨包公路、北大堤、黄河主河槽、滩涂、南大堤等控制性地形地物。桥跨布置为7×40m＋2×30m＋2×40m＋2×30m＋3×40m＋（40m＋70m＋40m）＋（85m＋6×150m＋85m）＋89×40m＋（40m＋70m＋40m）＋3×40m。主桥上部采用85m＋6×150m＋85m变截面预应力混凝土连续箱梁跨越黄河主河槽；40m组合小箱梁跨越民生渠、萨包公路、滩涂；40m＋70m＋40m变截面预应力混凝土连续箱梁跨越南、北大堤；下部分别采用薄壁空心墩、薄壁墩和薄壁T型墩＋承台＋群桩基础。

1.2项目目的和功能要求

1.2.1 通过健康监测，反映桥梁结构在正常交通荷载和环境作用下的结构响应和力学特征。
1.2.2 对桥梁在各种环境与运营条件下的工作状态进行实时自动监测，对各监测项目根据要求进行数据采集、存储和查询。
1.2.3 对大桥关键构件（或部位）应力（或变形）进行超界的多级预警，并可通过监测数据的分析处理对结构异常情况进行自动诊断。
1.2.4 对大桥荷载进行重量、流量和车速统计，并能传输到养护管理主管部门。
1.2.5 通过桥梁健康监测，能评估桥梁健康状态，为运营养护部门提供桥梁状态信息，为桥梁的日常养护、检测、维护、加固及维修提供依据。

1.3监测项目及测量仪器

根据包树高速黄河大桥健康监测系统的目的及功能要求，并结合本黄河大桥的结构形式及所处位置黄河的水文情况，包树高速黄河大桥健康监测系统的监测项目如下：
包树高速黄河大桥健康监测项目表


1.4系统结构

包树高速黄河大桥健康监测系统从架构上包括四大系统：即传感器系统、数据采集与传输系统、监测中心设备及软件系统、内外场设备低压供配电系统。传感器系统检测相关数据。数据采集与传输系统将传感器检测的相关数据进行采集和预处理，并经由以太网将数据传输至监测中心。监测中心设备负责将传输到的数据进行存储、显示以及建立和外场设备的通信，软件负责数据的统计、分析、报警、评估等。内外场设备低压供配电系统负责向外场的传感器、数据采集和传输设备及监测中心的设备进行供电。

二、传感器系统

2.1黄河大桥健康监测部位截面及传感器布置数量

传感器的布设应遵循科学、合理、有效、节约的原则。由于该连续梁桥的结构形式有三种，即（85m＋6×150m＋85m）变截面预应力混凝土连续箱梁主桥、（40m＋70m＋40m）变截面预应力混凝土连续箱梁引桥、（4×40m）组合小箱梁桥三种结构。鉴于(4×40m)预应力箱梁桥的设计和建造工艺已经比较成熟、可靠，且已大量应用，从安全及经济角度考虑，无健康监测的必要性，不再进行健康监测，所以只考虑对（85m＋6×150m＋85m）变截面预应力混凝土连续箱梁主桥和（40m＋70m＋40m）变截面预应力混凝土连续箱梁引桥进行监测，由于这两种结构是对称的连续梁结构，所以只在对称的一半结构全面详细布置测点，这样以达到***监测、全面掌握、经济实用的目标。
综上，包树高速黄河大桥健康监测系统的监测部位为：北引桥（85m＋6×150m＋85m）右幅南半部、主桥（85m＋6×150m＋85m）右幅北半部、主桥（85m＋6×150m＋85m）左幅南半部、南引桥（85m＋6×150m＋85m）左幅南半部，共计四个全面、典型的监测部位。监测截面涉及南桥头主线和以上四个监测部位共27个监测区域截面，共计17个监测项目、12种传感器、331个（套）传感器和监测点。
黄河大桥健康监测部位截面及传感器布置数量如传感器布置图一至传感器布置图五










三、数据采集与传输系统
传感器系统将不同采样频率、不同类型的监测数据测量后，就需要有一个集中的采集平台进行集中采集和预处理，然后再统一远程传输到监控中心，这就是数据采集与传输系统的功能。

3.1数据采集与传输系统的基本功能

3.1.1系统应能在无人值守条件下连续运行，采集到的数据可供远程传输，采样参数可远程在线设置。
3.1.2数据采集单元能24小时连续采样，在报警状态下能够进行特殊采样和人工干预采样。
3.1.3数据采集软件具有数据采集和缓存管理功能，并能对现场数据进行基本的预处理和统计功能，以便显示相应信息。
3.1.4系统具有实时自诊断功能，能够识别传感器的位置、地址及其失效、信号异常等；出现故障时，应能立即自动地将故障信息上传至监控中心，并激活报警信息，同时故障的传感器或子系统不影响其他传感器或系统正常工作。
3.1.5当系统的部分暂时断电时，系统的各个部分应无需人为干涉即可自动重启、同步校准和继续正确运行，并保留断点信息。
3.1.6通讯故障能在监控中心显示和发出警报。

3.2数据采集与传输系统构成

由于包树高速黄河大桥健康监测系统包含的传感器种类数量多、分布广，为防止长距离传输造成的信号失真，同时又不大量增加数据采集单元和传输设备的数量，故采用分布式的数据采集传输系统。
考虑到以上因素，本数据采集传输系统采用RS485输出采集加以太网加光纤传输方案。即将所有传感器智能调理为RS485数字信号输出，然后在监测截面集中用工业级串口服务器进行采集，再将相邻的三个监测截面的采集监测数据用CAT5-UTP集中到一台区域工业以太网交换机上，然后将所有区域工业以太网交换机的数据采用以太网光端机用本次项目专门在大桥上敷设的一根16芯桥梁监测专用光缆的一芯光缆点对点传输至大桥终端的主干工业以太网交换机，***后将主干工业以太网交换机的数据用4V+2D+1E主干光端机占用原来的一芯主干通信光缆传到树林召养护监控室。4路监控视频直接每两路通过一台2V1D视频光端机占用一芯桥梁监测专用光缆直接点对点传到4V+2D+1E主干光端机，4V+2D+1E主干光端机占用原来的一芯主干通信光缆传到树林召养护监控室。

四、监测中心设备及软件系统

4.1监测中心设备

包树高速黄河大桥健康监测系统的监测中心设在树林召养护管理所。监测中心设备包括通信服务器、数据库服务器、以太网交换机、监测管理计算机和视频管理计算机等组成。黄河大桥的监测数据通过数据采集和传输系统传到检测中心的以太网交换机上，所有监测中心设备都连接在监测中心以太网交换机，通过以太网交换机进行数据存储和监测管理操作。

4.2监测中心软件

监测中心软件系统包括：操作系统软件，数据库软件，Office软件，AutoCAD软件，数据采集与传输软件，数据处理、控制、显示、归档软件，视频图像处理与管理软件，结构状况评估软件等。

4.3监测中心所实现功能

4.3.1能实现监测数据的存储、查询、调用分析处理、维护及数据使用安全、报警和权限管理。
4.3.2能实现监测数据采集和传输的控制及控制设置的权限管理。
4.3.3能实现对视频的存贮、查询和有关事件的报警。
4.3.4根据监测数据提供大桥运营安全和健康状况的分级预警。
4.3.5建立大桥的动力模型和有限元模型，利用监测数据进行动力响应分析和有限元结构分析，评估大桥的健康安全状况。

4.4桥梁健康状态评估方法

4.4.1桥梁健康状态评估的内容
监测的***终目的是进行合理有效的评估，为养护管理的科学决策提供依据。评估的内容和主要依据为监测的***终目的是进行合理有效的评估，为养护管理的科学决策提供依据。评估的内容和主要依据为现行交通部颁《公路桥梁养护规范》（2004）和建设部颁《