博泰克申请课题2—新一代微变形监测系统在桥梁健康监测中的应用

附件1中铁二十一局集团科研开发项目申请书项目名称：新一代微变形监测系统在桥梁健康监测中的应用申请者：高鹤电话：1380931406823837申报单位：中铁二十一局集团检测中心通讯地址：兰州市牟家庄497号邮政编码：730000单位电话：[phone]电子邮件：[e-mail]申报日期：2009年元月18日中铁二十一局集团项目类别：课题类别：收件日期：受理编号：中铁二十一局集团科研开发项目申请书第1页基本信息申请者信息姓名高鹤性别女出生年月1956.2民族汉学位学士职称高级工程师主要研究领域工程试验与检测电话[phone]电子邮件[e-mail]工作单位中铁二十一局集团检测中心工作单位信息名称中铁二十一局集团检测中心联系人王路电子邮件[e-mail]电话[phone]网站地址合作单位信息单位名称联系人中铁上海设计院集团有限公司李涛北京博泰克机械有限公司张俊英项目基本信息项目名称新一代微变形监测系统在桥梁健康监测中的应用项目类别A：线路及岩土B：桥梁C：地下工程D：工业与民用建筑E：机械F：四电、信息技术G：其他B项目性质桥梁健康监测预计研究年限2年申请经费摘要项目研究内容和意义简介（限400字）：本项目主要对新一代微变形监测系统的使用方法进行进一步的开拓。新一代微变形监测系统为桥梁的变形测量引入了一种全新的检测方法，能够对桥梁梁体、墩体和桥塔等进行高精度的变形测量。目前我国在桥梁的变形测量方面有很多手段，但是在桥墩和桥塔的变形和振动测试方面确没有很好的方法。新一代微变形监测系统采用全新的遥测方法，在远距离能够一次完成对整个目标物的探测，效率很高。使用这种系统不仅能够迅速、高效的完成桥梁梁体的变形和振动测试，还能够完成桥墩和桥塔的变形和振动测试。在意大利等国家，这套技术已经开发成功并得到了有效的应用，我国在这个领域方面探测尚属空白，亟待引进开发利用，提高综合检测技术水平。研究的内容主要是该系统在桥梁监测领域的功能开发。目前使用雷达在桥梁的静态挠度测量、动态挠度测量、加速度测试、振型分析等内容，结果准确度很高。对它的使用方法做进一步的开发，保证使用新一代微变形监测系统的操作更加方便，解释更加直观。在动态挠度测试领域，雷达测量具有非常明显的优势，极高的采样频率能够准确的采集到所有的变形信号。在墩体和桥塔的变形和振动测试方面，对墩体和桥塔的变形量和模态进行分析，得出结构的变形曲线，再将测量值和分析值进行比对。该系统可以进行远程非接触式探测，无需在目标物上安装反射设备，通过结果进行比对，寻找其中的差异。使用雷达进行应变测试主要建立在雷达的高采样频率的基础上，基于较高的采样频率进行数据的进一步分析。通过对桥梁进行动挠度测量，从动挠度数据中计算出冲击系数。然后依据冲击系数和应变之间的关系反算出应变，即可得到应力的信息。该系统可以使目前我国桥梁检测技术水平上一个台阶，大大提高效率，取得显著的经济效益。关键词(用分号分开，最多5个)桥梁监测；变形测量；微变形监测系统中铁二十一局集团科研开发项目申请书第2页项目组主要成员(注：项目组主要成员不包括项目申请者。)编号姓名出生年月性别职称学位单位名称电话电子邮件项目分工每年工作时间（月）1李涛1957.10男教授级高工博士中铁上海设计院集团有限公司041—[e-mail]加载测试位置布点、理论计算、数据分析、报告编写32李大军1964．10男高级博士北京交通大学[e-mail]理论计算、数据分析33张俊英女高级博士北京博泰克机械有限公司[e-mail]软件编写数据分析54齐跃男高级学士北京博泰克机械有限公司[e-mail]软件编写数据分析55王路1982.11男助工学士21局集团公司检测中心[e-mail]加载测试位置布点、理论计算56张文龙1982.01男助工学士21局集团公司检测中心[e-mail]加载测试位置布点、理论计算57严维民男高级博士北京工业大学特聘专家18陈少峰男高级博士哈尔滨工业大学特聘专家19潘振涛男高级学士上海铁路局桥隧处特聘专家1总人数高级中级初级博士硕士本科专科其他75234说明:1.高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者）。中铁二十一局集团科研开发项目申请书第3页经费申请表（金额单位：万元）科目申请经费备注（计算依据与说明）一.研究经费1.科研业务费（1）测试/计算/分析费（2）能源/动力费（3）会议费/差旅费（4）出版物/文献/信息传播费（5）其它2.实验材料费（1）原材料/试剂/药品购置费（2）其它3.仪器设备费（1）购置（2）试制4.协作费二.合作与交流费1.项目组成员外出合作交流2.邀请同行专家交流指导三.劳务、人工费四.管理费合计与本项目相关的其他经费来源（含部门匹配、自筹经费等）金额：中铁二十一局集团科研开发项目申请书第4页报告正文(一）立项依据与研究内容1.项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。）(1)意义：采用一种全新而快捷的方式完成对桥梁的日常健康监测。桥梁的健康监测主要包括对桥梁的变形和应力应变信息进行分析，目前的桥梁监测方法也能够顺利地完成各方面的测试。在此引入一种全新的桥梁健康监测方法：新一代微变形监测系统监测。目前使用新一代微变形监测系统进行桥梁变形测量方面已经比较成熟，本项目主要对新一代微变形监测系统的使用方法进行进一步的开拓。新一代微变形监测系统为桥梁的变形测量引入了一种全新的检测方法，能够对桥梁梁体、墩体和桥塔等进行高精度的变形测量。目前在桥梁的变形测量方面有很多方法，但是在桥墩和桥塔的变形和振动测试方面没有很好的方法。新一代微变形监测系统采用全新的遥测方法，在远距离能够一次完成对整个目标物的探测，效率很高。使用新一代微变形监测系统不仅能够迅速、高效的完成桥梁梁体的变形和振动测试，还能够完成桥墩和桥塔的变形和振动测试，填补在这个领域方面探测的空白。使用新一代微变形监测系统可以对桥梁的变形和应力应变信息进行分析，操作方法会更加便捷，可以迅速完成对整个桥梁的健康情况测试。使用新一代微变形监测系统在变形信息测量方面已经非常成熟，测量效果良好，本项目主要解决新一代微变形监测系统在桥梁的应力应变测量方面的问题，开拓一个更新的领域。(2)国内外现状：在国内使用新一代微变形监测系统进行桥梁健康监测基本属于空白，只有很少的单位开始使用微变形监测系统进行桥梁的外形变形测量。清华大学、西南交通大学、北京工业大学、中交集团等单位已经开始微变形监测系统在桥梁领域应用方面的研究，使得雷达技术在外形变形方面的测量已经非常成熟，经过也非常准确、可信，精度完全能够满足目前的要求，特别是在动态变形方面的测量具有非常大的优势。在桥墩和桥塔方面的测量，国内主要集中在墩体的沉降和墩顶的中铁二十一局集团科研开发项目申请书第5页振动测试，但对于整个墩体的变形和振动测试尚属空白，该项目有助于进一步了解在受力情况下整个墩体或桥塔的变形或振动情况。此外目前在应力应变领域的研究尚属空白。在国外使用新一代微变形监测系统进行桥梁变形测量也已经非常成熟，意大利米兰理工大学、佛罗伦萨大学、罗马大学等科研机构已经开始在这个领域的研究，并且取得了一定的成果。在梁体的变形测量方面，新一代微变形监测系统的测量结果经过了很多实验项目的验证；在墩体或桥塔的变形和振动测试方面也有非常成型的测试方法。同样，在使用新一代微变形监测系统进行应力应变信息的测量也属于空白阶段，尚未有科研机构进行相关领域的研究。(3)主要参考文献：1.桥梁健康监测系统若干问题，赵文秀，世界桥梁，2008-42.桥梁结构模态测试中传感器优化布置的序列法及应用，黄民水等，桥梁建设，2007-53.德国高速铁路桥梁检查及维护，郑建主编，2008中国高速铁路桥梁技术国际交流会论文集，中国铁道出版社，20084.南京长江第三大桥健康监测系统传感器优化布置研究，孟庆成等，桥梁建设，2007-55.东营黄河公路大桥振动监测系统设计与实现，侯立群等，世界桥梁，2008-36.青藏铁路综合监控系统，辜勇彬，第八届中国国际现代化铁路装备技术交流会论文集，20067.大跨度铁路桥梁车桥动力响应理论分析与应用，杨岳民等，中国铁道科学，1995-42、项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题（次部分为重点阐述内容。）(1)研究内容：研究的内容主要是在新一代微变形监测系统在桥梁监测领域的功能开发。目前使用雷达在桥梁的静态挠度测量、动态挠度测量、加速度测试、振型分析等内容，结果准确度很高。主要对它的使用方法做进一步的开发，保证使用新一代微中铁二十一局集团科研开发项目申请书第6页变形监测系统的操作更加方便，解释更加直观。特别是在动态挠度测试领域，雷达测量具有非常明显的优势，极高的采样频率能够准确的采集到所有的变形信号。在墩体和桥塔的变形和振动测试方面，首先要对墩体和桥塔的变形量和模态进行分析，分析出整个墩体或桥塔的变形曲线，再将测量值和分析值进行比对。新一代微变形监测系统可以进行远程非接触式探测，无需在目标物上安装反射设备，所以要将安装反射设备和不安装反射设备的结果进行比对，寻找其中的差异。使用雷达进行应变测试也是主要建立在雷达的高采样频率的基础上，基于较高的采样频率进行数据的进一步分析。使用新一代微变形监测系统对桥梁进行动挠度测量，从动挠度数据中计算出冲击系数。然后依据冲击系数和应变之间的关系反算出应变，即可得到应力的信息。通过这种方式在对数据的现场采集中主要是对整个梁体的动态变形信息的采集，一般采样频率可以达到200Hz，然后从其中的数据中计算出冲击系数，从而最终推导出应力应变信息。(2)研究目的：使用新一代微变形监测系统快速的完成现场数据的采集，更加便捷的得到桥梁梁体、墩体或桥塔的变形和振动信息，能够在短时间内得到整个桥梁的变形和应力应变信息。将这些所有的信息进行综合，迅速的完成整个桥梁的健康状况的评估。(3)拟解决的关键问题：受力时桥梁墩体或桥塔的变形曲线、冲击系数和应变之间的关系、其中的干扰因素、雷达分辨率的提高和计算软件的编写。3、拟采取的研究方案及可行性分析（包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明。）(1)有关方法：采用的主要方法都是基于新一代微变形监测系统的特点进行的一些操作。新一代微变形监测系统对桥梁的变形测量主要是根据干涉测量技术和步进频率连续波技术对目标物进行高精度和高频测量，完全采用的是遥感测量，无需接近目标物，可以一次完成对整个桥梁的变形的测量。中铁二十一局集团科研开发项目申请书第7页在现场的数据采集过程中无需可以阻断交通，只需根据实际的需求在桥梁上加载一定荷载的车辆，即可完成对现场的测试。在得到所有的数据之后，根据桥梁健康监测所需要的参数分析其中的关系，编写一个软件，可以迅速的完成整个数据的解析。(2)技术路线：在技术方面主要依据新一代微变形监测系统的设备特点，对桥梁梁体、墩体或桥塔的变形和振动测量都可以直接测量得到，结果可以实时显示出来。对应力应变信息的测试主要通过动态变形和应力应变之间的关系解析出所有的数据参数，从而可以完成对整个桥梁健康请康的判别。(3)实验手段：在使用新一代微变形监测系统进行相关实验时，主要进行现场数据的采集和后期的分析。由于该方法为一种全新的测试方法，首先要进行的是高准确度的对比实验。在变形测量方面，新一代微变形监测系统的测量已经非常精确，并且测量非常方便。在桥梁梁体的变形和振动测试方面可以将IBIS的测试结果和其他设备进行比对；在桥梁墩体或桥塔的变形和振动测试时，可以将测量结果和理论分析结果进行比对；在对应变信息进行计算时，要把应变片测量的数据进行对比，分析其中的准确情况，并且能够找出其中的问题所在。(4)关键技术：新一代微变形