轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析

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（）文章编号：１００３－４７２２２０１１０６－００３２－０５

桥梁建设　　２０１１年第６期

轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析

２２

，，程　辉１，钟继卫１，李振东３

（中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉４桥梁结构安全与健康湖北省１．３００３４；２．）重点实验室，湖北武汉４北京轨道交通建设管理有限公司，北京１３００３４；３．０００３７摘　要：轨道交通桥梁活载具有单一、变化幅度小等特点，为合理有效评价桥梁结构在运营期是否安全，通过在桥面安装线形监测系统对梁桥面线形进行连续观测。结合轨道交通桥梁桥面线将桥面线形进行解耦，分解为温度效应线形具有明显的温度长周期效应及活载短周期效应的特点，

形及活载效应线形，与有限元分析结果进行对比，发现测量值与分析值吻合程度高，且稳定性较好，因此选择单列轻轨列车通过桥梁的线形峰值作为桥面线形阈值报警系统的计算基准值，实现桥面线形监测的实时、自动化报警功能。

关键词：斜拉桥；运营；监测；线形；温度；活荷载；时程曲线中图分类号：Ｕ４４８．２７

文献标志码：Ａ

ＡｎａｌｓｉｓｏｆＭｏｎｉｔｏｒｉｎＤａｔａｏｆＤｅｃｋＧｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　ｙｇ　

ＳｈａｅｓｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｅｉｎＯｅｒａｔｉｏｎ　　　　　　ｐｇｐ

１２１２３

，，ＣＨＥＮＧ　ＨｕｉＺＨＯＮＧ　ＪｉｗｅｉＬＩＺｈｅｎ－ｄｏｎ　－　　ｇ

，

，

（，，Ｗｕ１．ＢｒｉｄｅＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＬｔｄ．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａＭａｏｒＢｒｉｄｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎＧｒｏｕｈａｎ４３００３４，　　　　　　　　ｇｙｊｇｇｇｐ　　；，Ｗｕ；Ｃｈｉｎａ２．ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＢｒｉｄｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＳａｆｅｔａｎｄＨｅａｌｔｈｏｆＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅｈａｎ４３００３４，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　　ｙｙｇｙ　　　

，，）３．ＢｅｉｉｎＣｉｔＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＭａｎａｅｍｅｎｔＣｏ．Ｌｔｄ．Ｂｅｉｉｎ１０００３７，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｊｇｙｇｊｇ　　　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｌｉｖｅｌｏａｄｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｂｒｉｄｅｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｎｉｔａｒｉｔａｎｄｓｍａｌｌａｍ　　　　　　　　　　　　　－ｇｙ　

，ｌｉｔｕｄｅｏｆｃｈａｎｅｓ．Ｔｏｒａｔｉｏｎａｌｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓａｆｅｔｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅｉｎｏｅｒａｔｉｏｎｔｈｅ　　　　　　　　　　ｐｇｙｙｙｇｐ　　　ｓｈａｅｓｏｆｄｅｃｋｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｏｂｓｅｒｖｅｄｂｔｈｅｓｈａｅｅｏｍｅｔｒｉｃｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　　　　　　　　ｐｇｙｙｐｇｇ　　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｓｓｔｅｍｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｄｅｃｋ．Ｉｎｔｈｅｌｉｈｔｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｈａｔｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　　　　　　　　ｇｇｙｇ　

，ｓｈａｅｓｏｆｔｈｅｄｅｃｋｈａｖｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｏｎｃｃｌｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｓｈｏｒｔｃｃｌｅｌｉｖｅｌｏａｄｅｆｆｅｃｔ　　　　　　－　　　　－　　　ｐｇｇｙｐｙｅｏｍｅｔｒｉｃｅｏｍｅｔｒｉｃｔｈｅｓｈａｅｓａｒｅｄｅｃｏｕｌｅｄａｎｄｄｅｃｏｍｏｓｅｄｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅｓｈａｅｓｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｐｇｐｅｆｆｅｃｔａｎｄｌｉｖｅｌｏａｄｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅｄｅｃｏｕｌｅｄａｎｄｄｅｃｏｍｏｓｅｄｓｈａｅｓａｒｅｔｈｅｎｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｇｃｏｍａｒｅｄｔｏｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｓｉｓａｎｄｉｔｉｓｆｏｕｎｄｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍａｒｉｓｏｎｔｈａｔｔｈｅｏｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｙｐ

，ｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｓｉｓｖａｌｕｅｓａｒｅｗｅｌｌｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔａｎｄｓｔａｂｌｅ．Ｉｎｔｈａｔｃａｓｅｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｅ　　　　　　　　　　　　ｙｇｐｅａｋａｓｓｅｓｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅｗｈｅｎａｓｉｎｌｅｔｒａｉｎｔｈｒｏｕｈａｒｅｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄａｔｕｍ　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇｇｖａｌｕｅｓｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅａｌａｒｍｉｎｓｓｔｅｍｏｆｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｅｓｏｆｔｈｅｄｅｃｋｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅ　　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｙｇｐ　ｖｅｎｔｕａｌｌａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌａｒｍｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｏｆｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃ　　－　　　　　　　ｙｇｇｇ　　　ｓｈａｅｓ．ｐ

：；；ｍ；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｃａｂｌｅｓｔａｅｄｂｒｉｄｅｏｅｒａｔｉｏｎｏｎｉｔｏｒｉｎｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｌｉｖｅ－　　ｙｇｐｇｇｐｐｙ　

；ｌｏａｄｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｃｕｒｖｅ－ｙ　

收稿日期：２０１０－１０－２８

，作者简介：程　辉（男，工程师，工学学士，１９７８－）２００１年毕业于长沙交通学院土木工程专业，２００６年毕业于长沙理工大学结构工程专业，。工学硕士（ｓｏｃｋｈｕｉ６３．ｃｏｍ）＠１

轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析　　程　辉，钟继卫，李振东３３

１　引　言

桥面线形是桥梁结构整体受力性能的主要表

１］

，也是衡量桥梁整体刚度的重要标志。由于主现［

／测原理为将传感器测试的电流信号通过ＡＤ转换

器转换为数字信号，传输至主机，通过编制组态软件实现对系统参数的定制、修改，系对信号进行分析，

８］

。统采集频率的设置及传输的控制［

梁直接承受车辆活载，桥面线形在车辆活载及温度荷载周期性作用下呈现周期性波动，从而引发桥梁裂缝的产生与发展，使主梁刚度减小，性能衰减，裂产生不良循环。桥面线形周期性振缝进一步扩大，

动也会造成桥梁约束条件的破坏，使得桥梁结构计

２］

。通过桥面线形监测，判断其是算体系发生改变［

立水西桥桥面线形挠度监测共布置了１０个测），／／／图１位于主跨Ｌ边跨跨中及辅点（４，Ｌ２，３Ｌ４，跨跨中等断面；伸缩缝监测共布置了４个测点，分别边跨墩顶

。在主、

否超过正常使用范围，从而判断桥梁结构是否安全，

３］

。这是桥梁能否继续承载的重要依据［

轨道交通桥梁一般实行双线运营，轻轨列车以６列或８列编组车辆为主。轻轨车辆对桥梁主梁的

轻轨车辆自重、人群荷载及轻作用可以分为３部分：

轨列车对桥梁的冲击荷载。其中人群荷载变化具有随机统计规律，冲击荷载与车辆的速度、人群荷载有快速及稳定关。轨道交通桥梁车辆运营具有定时、

的特点，车速在经过桥梁时的速度基本保持一致，因此对桥梁冲击荷载基本恒定。

北京立水西桥是位于北京地铁５号线上的独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，其跨径组成为（１０８＋）ｍ，是一座集斜、弯、坡于一体的跨河斜拉６６＋３６

４］

。由于轻轨车辆运营时间间隔短、桥［人群流量大，对其进行线形监测，保证其运营安全十分必要。本文通过对立水西桥桥面线形进行实时观测，研究其

５］

，采用趋势分析及统计分析［将温度变规律及特点，

图１　立水西桥主梁挠度及伸缩缝测点布置

Ｆｉ．１ＬａｏｕｔｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＰｏｉｎｔｓｆｏｒＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｄ　　　　　　ｇｙ

ＪｏｉｎｔｓｏｆＭａｉｎＧｉｒｄｅｒｏｆＬｉｓｈｕｉＷｅｓｔＢｒｉｄｅＥｘａｎｓｉｏｎ　　　　　　　　ｇｐ

３　数据分析

３．１　主梁线形监测数据分析

选择某日主梁线形采样数据进行分析，图２为将主梁线形分解为温度～挠主梁挠度求解的流程，

度及荷载～挠度曲线。数据平滑处理采用的平滑方法主要采用五点三次指数平滑法

。

形及活载变形进行解耦，解耦后的活载线形与计算且具有稳定的特点。采用单一轻值吻合程度较高，

轨列车通过桥梁的活载线形作为桥梁阈值报警系统计算基准值，与桥梁实时线形进行比较，实现桥面线形自动化安全监测的功能。

２　桥面线形测试系统组成及测点布置

桥面线形监测是大型桥梁运营期监测系统的重主要包括２部分内容：桥面挠度与伸缩缝位要内容，

移。现阶段桥面线形测试的方法主要有全站仪法、激光法、连通管法、光电图像法、磁至伸缩法及倾角

６］

。本文研究的挠度监测系统采用封闭式连仪法等［

７］

，通管挠度监测系统［伸缩缝位移监测采用伸缩缝

图２　主梁挠度求解流程

Ｆｉ．２ＳｏｌｖｉｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆＭａｉｎＧｉｒｄｅｒ　　　　　ｇｇ　

图３是桥梁主跨跨中下游侧某日１２ｈ内的挠度时程曲线及解耦后的温度、活载挠度时程曲线。桥梁挠度主要受３种效应影响，即温度效应、活载效应及系统效应。系统效应是由于监测系统硬件自身所造成的，一般系统影响具有随机及统计一致性特点，即在长期分析中可认为系统影响期望值、方差不（）为原始桥梁挠度时程曲线，由趋势线、变。图３ａ波峰及波谷连续化绘制而成，其中波峰是由于活载效应产生，波谷是由于系统效应导致，趋势线是由于（）温度效应的影响而产生；图３为采用五点三次指ｂ

直线位移传感器监测系统，其中挠度传感器精度为万分之五，量程为［挠度传感器采样频率设０，１］ｍ，，能满足桥梁测量的精度及分析响应的要置为１Ｈｚ求；伸缩缝直线位移传感器精度为０．量程为１ｍｍ，［］ｍｍ，。两系统的监采样频率可达到１０，３０００Ｈｚ

３４桥梁建设　　２０１１年第６期

图３　主跨跨中下游测点挠度时程曲线

Ｆｉ．３ＴｉｍｅｓｉｓｔｏｒＣｕｒｖｅｓｏｆＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｔＤｏｗｎｓｔｒｅａｍＳｉｄｅｏｆＭｉｄｓａｎｏｆＭａｉｎＳａｎ－Ｈ　　　　　　　　　　ｇｙｐｐ　

数平滑法进行处理后的平滑挠度时程曲线，平滑后的曲线波动保持了桥梁原始挠度曲线的整体趋势状可以看出，初始挠度不断上升，在１态，４：００左右到达挠度最大值，而后挠度不断下降，与温度效应作用）下的桥梁挠度性质上相符。图３（为对原始挠度ｃ时程曲线去除平滑曲线后求解得到的挠度峰值时程曲线。峰值时程曲线长期趋势线保持水平，已消除其峰值为在轻轨车辆通过桥面时的瞬态温度影响，

挠度曲线，最大峰值为期望值的２倍，是由于地铁５号线为双线运营，２列轻轨车辆在桥梁上相会所造成的。

（）为便于观察，图３对原始时程曲线进行了局ｄ部放大显示。单列列车通过桥面时，桥梁的挠度在峰值之间的差值与列车上、下行位置２０ｍｍ左右，

及速度相关。列车通过桥梁后，桥梁挠度均回归到

３］

。原始状态，桥梁应变监测数据也显示了这个特点［

曲线趋势线下部的振动形式保持一致，是由于系统效应所导致的。

（）由图３分析可知，温度影响下的桥梁挠度为ｂ长波低频曲线，与桥梁温度变化定性分析上保持了

９］

。而桥梁温度～挠度相关关系定量化相同的特征［

分析，对于了解桥梁恒载挠度变化特征十分重要。图４绘制了相同时段桥梁主梁平均温度与时程平滑（）］曲线［图３之间的温度～挠度相关曲线，图中桥ｂ梁挠度上升及下降段的变化与温度变化保持了相同的趋势，具有很强的相关性。由于有限元分析未考虑到多温度点对桥梁挠度的影响，而温度测试也未测量桥梁内部温度，其拟合值作为统计桥梁温度～挠度的相关系数，与计算值符合程度较高。同理计算各测点温度～挠度相关值见表１。

轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析　　程　辉，钟继卫，李振东３５

３．２　伸缩缝位移监测数据分析

图５绘制了１ｈ内桥梁伸缩缝位移时程曲线。在轻轨车辆作用下，主梁的纵向位移也同样呈现长波低频与短波高频曲线相结合的特点。图５中伸缩最

小位移为１．位移缝最大位移为２．０ｍｍ，５ｍｍ，大小与列车上、下行及列车速度有关。趋势线下的细微振动是由于测试系统硬件自身产生的。取平滑绘制伸缩缝平滑曲后的主梁平均温度作为基准值，

图４　主跨跨中下游温度～挠度相关曲线

Ｆｉ．４ＲｅｌａｔｅｄＣｕｒｖｅｓｏｆＴｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　　　～ＤｇｐａｔＤｏｗｎｓｔｒｅａｍＳｉｄｅｏｆＭｉｄｓａｎｏｆＭａｉｎＳａｎ　　　　　　　ｐｐ

表１　温度～挠度相关值

Ｔａｂ．１ＲｅｌａｔｅｄＶａｌｕｅｓｏｆＴｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　　　～Ｄｐ

传感器编号Ｄｆｓ０１－　Ｄｆｓ０３－　Ｄｆｓ０５－　Ｄｆｓ０７－　Ｄｆｓ０９－

挠度／ｍｍ·℃－１拟合值１．９　５．４　２．７　１．７　－０．５

理论值１．９５．４２．７１．７－０．５

传感器

编号Ｄｆｓ０２－　Ｄｆｓ０４－　Ｄｆｓ０６－　Ｄｆｓ０８－　Ｄｆｓ１０－

挠度／ｍｍ·℃－１拟合值１．９　５．４　２．７　１．７　－０．５

理论值１．９５．４２．７１．７－０．５

线位移～温度相关图，拟合伸缩缝各测点位移～温度相关系数。表２为拟合后的各测点位移～温度相关系数与理论值进行对比，其数值基本一致，说明桥梁伸缩缝位移整体趋势与主梁温度具有很强的相关性，测试结果真实可靠。

／℃ｍｍ

Ｔａｂ．２ＲｅｌａｔｅｄＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ　　　～Ｔｐｐ

表２　位移～温度相关系数

上游

拟合值１．９　５．４　

理论值１．９５．４

传感器

编号Ｍｔｓ０２－　Ｍｔｓ０４－　

传感器

编号Ｍｔｓ０１－　Ｍｔｓ０３－　

上游

拟合值１．９　５．４　

理论值１．９５．４

图５　伸缩缝位移时程曲线

Ｆｉ．５ＴｉｍｅｉｓｔｏｒＣｕｒｖｅｓｏｆＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＥｘａｎｓｉｏｎＪｏｉｎｔｓ－Ｈ　　　　　ｇｙｐｐ　

的较大位移，是平时峰值的２倍甚至数倍以上，但经

４　桥梁线形阈值报警系统

北京立水西桥桥面线形阈值报警系统实现了桥从海量监测数据中仅梁监测信息自动化处理功能，

获取桥梁线形异常信息，同时将海量信息处理转化为部分异常信息处理模式。桥梁线形异常信息产生一般有多种原因：硬件故障、网络故障、桥梁受到异

１０］

。阈值报警系统采用对比常荷载及结构劣化等［

过一段时间后能恢复到初始状态，则可判定为桥梁）对图３（及图５所示的桥梁活受到异常荷载作用；ｃ判断其趋势线是否平稳载时程曲线进行趋势分析，

或是否出现较大波动，然后求解桥梁线形期望值及标准差，若桥梁在长期运营过程中出现结构劣化，性能发生衰减，则会导致桥梁线形逐步增大，期望值无法恢复到初始状态，直至其超过桥梁阈值的基准限值。

立水西桥桥面线形阈值报警系统基准限值可采用基于桥梁恒载效应的阈值或基于活载效应的阈均设置为３级预警：初级预警、一般预警、严重预值，

警。由于基于恒载效应的阈值与主梁温度、太阳光照射等外部条件有关，对监测温度及有限元分析要求较高，因此实际分析与理论值存在着一定差别，影

分析，将异常信息初步划分类别，提供给管理人员进行甄别。若桥面线形出现异常信号后经过一段时间恢复至初始位置，可判别为硬件故障或网络故障；若桥梁线形在异常信号出后一段短期时间内未能回到可判别为硬件故障；若在轨道运营过程初始位置，

中，由于轨道车辆的自重及异常振动冲击变化等原）因，桥面线形出现如图３（中１ｃ８：１５～１９：０２所示

３６

响了阈值限值设置的准确度。而基于活载效应的监测数值精度高，数据稳定，其基准值受外界干扰小，具有准确、易获得的特点。本文主要采用基于活载效应的阈值限值。其三级报警限值的计算公式如下：

．６４５δｆ１＝μｆ－１ｆ

ｆｆ１，ｆｆ１２＝α３＝β

式中δｆ为活载挠度期望值；ｆ为活载挠度标准差；μ

［１１］

α、β根据荷载规范进行确定。

桥梁建设　　２０１１年第６期

（）：２００５，１０５５６４－５６９．

［］硕士４　曹少飞．桥梁结构试验检测应变和挠度测量新方法研究（

［学位论文）长安大学，Ｄ］．西安：２００７．

（ＣＡＯＳｈａｏｆｅｉ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＮｅｗ　ＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎ　－　　　　ｇ［ＳｔｒａｉｎａｎｄＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎＴｅｓｔｉｎｏｆＢｒｉｄｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＤ］．Ｘｉ′　　　　　　ｇｇ　，）ａｎ：Ｃｈａｎ′ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２００７．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　　ｇｙ

］［陈开利，钟继卫，等．基于统计及形态特征指标的桥梁５　王　波，

］（）：线形监测评估［Ｊ．桥梁建设，２０１１，２１３－１７．

（，，，ＷＡＮＧＢｏＣＨＥＮ　ＫａｉｌｉＺＨＯＮＧＪｉｅｉＥｖａｌｕａｔｉｏｎｅｔａｌ．　－　－ｗ　ｏｆＭｏｎｉｔｏｒｉｎｏｆＢｒｉｄｅＧｅｏｍｅｔｒｉｃＳｈａｅＢａｓｅｄｏｎＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ　　　　　　　ｇｇｐ　，ａｎｄＳｈａｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＩｎｄｉｃｅｓ［Ｊ］．ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　　　ｐｇ）：）２０１１，（２１３－１７．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

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（，ＷＡＮＧ，，ＺＨＡＯＸｉｎａＺｈｅｎｘｉｎＺＨＵＳｈｉｆｅｎｅｔａｌ．　－　－　－ｇｙｇｇｇ　ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａＮｅｗ　ＴｅｏｆＶｅｒｔｉｃａｌＤｉｓｌａｃｅ　　　　　　　　－ｐｐｙｐｐ］，）：ｍｅｎｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｓｔｅｍ［Ｊ．ＷｏｒｌｄＢｒｉｄｅｓ２０１１，（１５１　　　ｙｇ）Ｃｈｉｎｅｓｅ－５４．ｉｎ　

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（，，ＦＵＪｕｎ，ＹＡＮＸｉｎｉｎＬＩＵＳｈｅｎｃｈｕｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｅｔａｌ．　　－　－　ｐｇｇ　ＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰｒｅｓｓｕｒｅＴｒａｎｓＢｒｉｄｅ　　　　　　－ｇｙｇ　［］，）：ｍｉｔｔｅｒＪ．ＴｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ２００５，（３　　ｐｇｙ）４７－４８．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

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（，，ＺＨＡＯ　Ｍｉｎ，ＺＨＯＵＪｉａＸＵＪｕｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎａｎｄＣｏｎｅｔａｌ．　　　－ｇ　　ｔｒｏｌｏｆＡｒｃｈＡｘｉｓＧｅｏｍｅｔｒｏｆＪｉｎｈａｎＣａｎａｌＢｒｉｄｅａｔＣｏｎ　　　　　　　　－ｙｇｇｇ　　］，：ｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｔａｅ［Ｊ．ＷｏｒｌｄＢｒｉｄｅｓ２００５，（１）５４－５６．ｉｎ　　ｇｇ）Ｃｈｉｎｅｓｅ

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（，ＹＵ　，ＨＵ，ＺＥＮＧ　ＷｅｉＤｅｉｅＢａｉｘｕｅＡｎＡｕｔｏｏｎｉｅｔａｌ．－　－　－Ｍ－ｊ　ｔｏｒｉｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎＰｉｅＰｒｉｎｃｉｌｅｏｆ　　　　　　ｇｙｇｐｐ　　］ＢｒｉｄｅＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＮａｔｕｒａｌ　　　　ｇｙ（），）：）Ｓｃｉｅｎｃｅｓ２００７，（７４４－４７．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

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［］］工程结构可靠度设计统一标准［１１Ｂ５０１５３－２００８，Ｓ．　Ｇ　

（，ＵＧＢ５０１５３２００８ｎｉｆｉｅｄＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＲｅｌｉａｂｉｌｉｔＤｅｓｉｎｏｆ　－　　　　ｙｇ　［］）ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＳ．ｇｇ　

５　结　语

北京立水西桥桥面线形监测系统至今已正常运营２年，监测期间性能稳定、精度高，监测数据可靠。其中挠度监测系统精度达到ｍｍ级，伸缩缝监测精度达到０．满足桥面线形监测的要求。通过１ｍｍ，对监测数据平滑分析实现了桥梁温度效应及活载效应的解耦。通过基于活载挠度的统计分析，获得了阈值报警系统的３级门限值，实现了桥梁线形监测的自动化功能，为桥梁安全运营过程中提供了准确、有效的依据。

通过对监测数据进一步分析，可获得桥梁的车流量信息，包括桥面日通车数量、桥面双向会车率及相应的会车时间。结合桥梁应变监测及动态监测系统，其信息量更全，可为地铁运营提供更全、更准确的决策依据。

）：参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

［］］１ＢＧ液压传感器的桥梁挠度监测研究［Ｊ．武汉　南秋明．基于Ｆ

（）：理工大学学报，２００９，１２７８－８０．

（ＮＡＮ　Ｑｉｕｉｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｒｉｄｅＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎ－ｍ　　　　ｇｇｇ［］ＢａｓｅｄｏｎＦＢＧ　ＨｄｒａｕｌｉｃＳｅｎｓｏｒｓＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉ　　　　　　－ｙ，）：）ｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ２００９，（１２７８－８０．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　　ｙｇｙ　［］黄跃平，何小元，等．桥梁静载试验中梁截面挠度的激２　董萼良，

］（）：光测试方法［Ｊ．桥梁建设，２００６，１７０－７２．

（，ＨＵＡＮＧ，ＨＥ，ＤＯＮＧＥｌｉａｎＹｕｅＸｉａｏｅｔａｌ．ｉｎｕａｎ　－　－　－　ｇｐｇｙＬａｓｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＢｅａｍＳｅｃｔｉｏｎＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎ　　　　　　　［］，：ＢｒｉｄｅＳｔａｔｉｃＬｏａｄＴｅｓｔＪ．ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２００６，（１）　　　　ｇｇ）７０－７２．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］３Ｘ　Ｍ，ＹＡＮＧＸＳ，ＨＵＡＮＧ　Ｑ．ＵｓｉｎＩｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒｓｔｏ　ＨＯＵ　　　　ｇ　

［］，ＭｅａｓｕｒｅＢｒｉｄｅＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｒｉｄｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　　　ｇｇｇｇ

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（）文章编号：１００３－４７２２２０１１０６－００３２－０５

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，，程　辉１，钟继卫１，李振东３

（中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉４桥梁结构安全与健康湖北省１．３００３４；２．）重点实验室，湖北武汉４北京轨道交通建设管理有限公司，北京１３００３４；３．０００３７摘　要：轨道交通桥梁活载具有单一、变化幅度小等特点，为合理有效评价桥梁结构在运营期是否安全，通过在桥面安装线形监测系统对梁桥面线形进行连续观测。结合轨道交通桥梁桥面线将桥面线形进行解耦，分解为温度效应线形具有明显的温度长周期效应及活载短周期效应的特点，

形及活载效应线形，与有限元分析结果进行对比，发现测量值与分析值吻合程度高，且稳定性较好，因此选择单列轻轨列车通过桥梁的线形峰值作为桥面线形阈值报警系统的计算基准值，实现桥面线形监测的实时、自动化报警功能。

关键词：斜拉桥；运营；监测；线形；温度；活荷载；时程曲线中图分类号：Ｕ４４８．２７

文献标志码：Ａ

ＡｎａｌｓｉｓｏｆＭｏｎｉｔｏｒｉｎＤａｔａｏｆＤｅｃｋＧｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　ｙｇ　

ＳｈａｅｓｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｅｉｎＯｅｒａｔｉｏｎ　　　　　　ｐｇｐ

１２１２３

，，ＣＨＥＮＧ　ＨｕｉＺＨＯＮＧ　ＪｉｗｅｉＬＩＺｈｅｎ－ｄｏｎ　－　　ｇ

，

，

（，，Ｗｕ１．ＢｒｉｄｅＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＬｔｄ．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａＭａｏｒＢｒｉｄｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎＧｒｏｕｈａｎ４３００３４，　　　　　　　　ｇｙｊｇｇｇｐ　　；，Ｗｕ；Ｃｈｉｎａ２．ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＢｒｉｄｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＳａｆｅｔａｎｄＨｅａｌｔｈｏｆＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅｈａｎ４３００３４，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　　ｙｙｇｙ　　　

，，）３．ＢｅｉｉｎＣｉｔＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＭａｎａｅｍｅｎｔＣｏ．Ｌｔｄ．Ｂｅｉｉｎ１０００３７，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｊｇｙｇｊｇ　　　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｌｉｖｅｌｏａｄｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｂｒｉｄｅｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｎｉｔａｒｉｔａｎｄｓｍａｌｌａｍ　　　　　　　　　　　　　－ｇｙ　

，ｌｉｔｕｄｅｏｆｃｈａｎｅｓ．Ｔｏｒａｔｉｏｎａｌｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓａｆｅｔｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅｉｎｏｅｒａｔｉｏｎｔｈｅ　　　　　　　　　　ｐｇｙｙｙｇｐ　　　ｓｈａｅｓｏｆｄｅｃｋｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｏｂｓｅｒｖｅｄｂｔｈｅｓｈａｅｅｏｍｅｔｒｉｃｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　　　　　　　　ｐｇｙｙｐｇｇ　　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｓｓｔｅｍｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｄｅｃｋ．Ｉｎｔｈｅｌｉｈｔｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｈａｔｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　　　　　　　　ｇｇｙｇ　

，ｓｈａｅｓｏｆｔｈｅｄｅｃｋｈａｖｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｏｎｃｃｌｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｓｈｏｒｔｃｃｌｅｌｉｖｅｌｏａｄｅｆｆｅｃｔ　　　　　　－　　　　－　　　ｐｇｇｙｐｙｅｏｍｅｔｒｉｃｅｏｍｅｔｒｉｃｔｈｅｓｈａｅｓａｒｅｄｅｃｏｕｌｅｄａｎｄｄｅｃｏｍｏｓｅｄｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅｓｈａｅｓｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｐｇｐｅｆｆｅｃｔａｎｄｌｉｖｅｌｏａｄｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅｄｅｃｏｕｌｅｄａｎｄｄｅｃｏｍｏｓｅｄｓｈａｅｓａｒｅｔｈｅｎｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｏｍｅｔｒｉｃ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｇｃｏｍａｒｅｄｔｏｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｓｉｓａｎｄｉｔｉｓｆｏｕｎｄｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍａｒｉｓｏｎｔｈａｔｔｈｅｏｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｙｐ

，ｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｓｉｓｖａｌｕｅｓａｒｅｗｅｌｌｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔａｎｄｓｔａｂｌｅ．Ｉｎｔｈａｔｃａｓｅｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｅ　　　　　　　　　　　　ｙｇｐｅａｋａｓｓｅｓｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅｗｈｅｎａｓｉｎｌｅｔｒａｉｎｔｈｒｏｕｈａｒｅｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄａｔｕｍ　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇｇｖａｌｕｅｓｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅａｌａｒｍｉｎｓｓｔｅｍｏｆｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｅｓｏｆｔｈｅｄｅｃｋｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅ　　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｙｇｐ　ｖｅｎｔｕａｌｌａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌａｒｍｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｏｆｔｈｅｅｏｍｅｔｒｉｃ　　－　　　　　　　ｙｇｇｇ　　　ｓｈａｅｓ．ｐ

：；；ｍ；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｃａｂｌｅｓｔａｅｄｂｒｉｄｅｏｅｒａｔｉｏｎｏｎｉｔｏｒｉｎｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｌｉｖｅ－　　ｙｇｐｇｇｐｐｙ　

；ｌｏａｄｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｃｕｒｖｅ－ｙ　

收稿日期：２０１０－１０－２８

，作者简介：程　辉（男，工程师，工学学士，１９７８－）２００１年毕业于长沙交通学院土木工程专业，２００６年毕业于长沙理工大学结构工程专业，。工学硕士（ｓｏｃｋｈｕｉ６３．ｃｏｍ）＠１

轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析　　程　辉，钟继卫，李振东３３

１　引　言

桥面线形是桥梁结构整体受力性能的主要表

１］

，也是衡量桥梁整体刚度的重要标志。由于主现［

／测原理为将传感器测试的电流信号通过ＡＤ转换

器转换为数字信号，传输至主机，通过编制组态软件实现对系统参数的定制、修改，系对信号进行分析，

８］

。统采集频率的设置及传输的控制［

梁直接承受车辆活载，桥面线形在车辆活载及温度荷载周期性作用下呈现周期性波动，从而引发桥梁裂缝的产生与发展，使主梁刚度减小，性能衰减，裂产生不良循环。桥面线形周期性振缝进一步扩大，

动也会造成桥梁约束条件的破坏，使得桥梁结构计

２］

。通过桥面线形监测，判断其是算体系发生改变［

立水西桥桥面线形挠度监测共布置了１０个测），／／／图１位于主跨Ｌ边跨跨中及辅点（４，Ｌ２，３Ｌ４，跨跨中等断面；伸缩缝监测共布置了４个测点，分别边跨墩顶

。在主、

否超过正常使用范围，从而判断桥梁结构是否安全，

３］

。这是桥梁能否继续承载的重要依据［

轨道交通桥梁一般实行双线运营，轻轨列车以６列或８列编组车辆为主。轻轨车辆对桥梁主梁的

轻轨车辆自重、人群荷载及轻作用可以分为３部分：

轨列车对桥梁的冲击荷载。其中人群荷载变化具有随机统计规律，冲击荷载与车辆的速度、人群荷载有快速及稳定关。轨道交通桥梁车辆运营具有定时、

的特点，车速在经过桥梁时的速度基本保持一致，因此对桥梁冲击荷载基本恒定。

北京立水西桥是位于北京地铁５号线上的独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，其跨径组成为（１０８＋）ｍ，是一座集斜、弯、坡于一体的跨河斜拉６６＋３６

４］

。由于轻轨车辆运营时间间隔短、桥［人群流量大，对其进行线形监测，保证其运营安全十分必要。本文通过对立水西桥桥面线形进行实时观测，研究其

５］

，采用趋势分析及统计分析［将温度变规律及特点，

图１　立水西桥主梁挠度及伸缩缝测点布置

Ｆｉ．１ＬａｏｕｔｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＰｏｉｎｔｓｆｏｒＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｄ　　　　　　ｇｙ

ＪｏｉｎｔｓｏｆＭａｉｎＧｉｒｄｅｒｏｆＬｉｓｈｕｉＷｅｓｔＢｒｉｄｅＥｘａｎｓｉｏｎ　　　　　　　　ｇｐ

３　数据分析

３．１　主梁线形监测数据分析

选择某日主梁线形采样数据进行分析，图２为将主梁线形分解为温度～挠主梁挠度求解的流程，

度及荷载～挠度曲线。数据平滑处理采用的平滑方法主要采用五点三次指数平滑法

。

形及活载变形进行解耦，解耦后的活载线形与计算且具有稳定的特点。采用单一轻值吻合程度较高，

轨列车通过桥梁的活载线形作为桥梁阈值报警系统计算基准值，与桥梁实时线形进行比较，实现桥面线形自动化安全监测的功能。

２　桥面线形测试系统组成及测点布置

桥面线形监测是大型桥梁运营期监测系统的重主要包括２部分内容：桥面挠度与伸缩缝位要内容，

移。现阶段桥面线形测试的方法主要有全站仪法、激光法、连通管法、光电图像法、磁至伸缩法及倾角

６］

。本文研究的挠度监测系统采用封闭式连仪法等［

７］

，通管挠度监测系统［伸缩缝位移监测采用伸缩缝

图２　主梁挠度求解流程

Ｆｉ．２ＳｏｌｖｉｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆＭａｉｎＧｉｒｄｅｒ　　　　　ｇｇ　

图３是桥梁主跨跨中下游侧某日１２ｈ内的挠度时程曲线及解耦后的温度、活载挠度时程曲线。桥梁挠度主要受３种效应影响，即温度效应、活载效应及系统效应。系统效应是由于监测系统硬件自身所造成的，一般系统影响具有随机及统计一致性特点，即在长期分析中可认为系统影响期望值、方差不（）为原始桥梁挠度时程曲线，由趋势线、变。图３ａ波峰及波谷连续化绘制而成，其中波峰是由于活载效应产生，波谷是由于系统效应导致，趋势线是由于（）温度效应的影响而产生；图３为采用五点三次指ｂ

直线位移传感器监测系统，其中挠度传感器精度为万分之五，量程为［挠度传感器采样频率设０，１］ｍ，，能满足桥梁测量的精度及分析响应的要置为１Ｈｚ求；伸缩缝直线位移传感器精度为０．量程为１ｍｍ，［］ｍｍ，。两系统的监采样频率可达到１０，３０００Ｈｚ

３４桥梁建设　　２０１１年第６期

图３　主跨跨中下游测点挠度时程曲线

Ｆｉ．３ＴｉｍｅｓｉｓｔｏｒＣｕｒｖｅｓｏｆＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｔＤｏｗｎｓｔｒｅａｍＳｉｄｅｏｆＭｉｄｓａｎｏｆＭａｉｎＳａｎ－Ｈ　　　　　　　　　　ｇｙｐｐ　

数平滑法进行处理后的平滑挠度时程曲线，平滑后的曲线波动保持了桥梁原始挠度曲线的整体趋势状可以看出，初始挠度不断上升，在１态，４：００左右到达挠度最大值，而后挠度不断下降，与温度效应作用）下的桥梁挠度性质上相符。图３（为对原始挠度ｃ时程曲线去除平滑曲线后求解得到的挠度峰值时程曲线。峰值时程曲线长期趋势线保持水平，已消除其峰值为在轻轨车辆通过桥面时的瞬态温度影响，

挠度曲线，最大峰值为期望值的２倍，是由于地铁５号线为双线运营，２列轻轨车辆在桥梁上相会所造成的。

（）为便于观察，图３对原始时程曲线进行了局ｄ部放大显示。单列列车通过桥面时，桥梁的挠度在峰值之间的差值与列车上、下行位置２０ｍｍ左右，

及速度相关。列车通过桥梁后，桥梁挠度均回归到

３］

。原始状态，桥梁应变监测数据也显示了这个特点［

曲线趋势线下部的振动形式保持一致，是由于系统效应所导致的。

（）由图３分析可知，温度影响下的桥梁挠度为ｂ长波低频曲线，与桥梁温度变化定性分析上保持了

９］

。而桥梁温度～挠度相关关系定量化相同的特征［

分析，对于了解桥梁恒载挠度变化特征十分重要。图４绘制了相同时段桥梁主梁平均温度与时程平滑（）］曲线［图３之间的温度～挠度相关曲线，图中桥ｂ梁挠度上升及下降段的变化与温度变化保持了相同的趋势，具有很强的相关性。由于有限元分析未考虑到多温度点对桥梁挠度的影响，而温度测试也未测量桥梁内部温度，其拟合值作为统计桥梁温度～挠度的相关系数，与计算值符合程度较高。同理计算各测点温度～挠度相关值见表１。

轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析　　程　辉，钟继卫，李振东３５

３．２　伸缩缝位移监测数据分析

图５绘制了１ｈ内桥梁伸缩缝位移时程曲线。在轻轨车辆作用下，主梁的纵向位移也同样呈现长波低频与短波高频曲线相结合的特点。图５中伸缩最

小位移为１．位移缝最大位移为２．０ｍｍ，５ｍｍ，大小与列车上、下行及列车速度有关。趋势线下的细微振动是由于测试系统硬件自身产生的。取平滑绘制伸缩缝平滑曲后的主梁平均温度作为基准值，

图４　主跨跨中下游温度～挠度相关曲线

Ｆｉ．４ＲｅｌａｔｅｄＣｕｒｖｅｓｏｆＴｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　　　～ＤｇｐａｔＤｏｗｎｓｔｒｅａｍＳｉｄｅｏｆＭｉｄｓａｎｏｆＭａｉｎＳａｎ　　　　　　　ｐｐ

表１　温度～挠度相关值

Ｔａｂ．１ＲｅｌａｔｅｄＶａｌｕｅｓｏｆＴｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　　　～Ｄｐ

传感器编号Ｄｆｓ０１－　Ｄｆｓ０３－　Ｄｆｓ０５－　Ｄｆｓ０７－　Ｄｆｓ０９－

挠度／ｍｍ·℃－１拟合值１．９　５．４　２．７　１．７　－０．５

理论值１．９５．４２．７１．７－０．５

传感器

编号Ｄｆｓ０２－　Ｄｆｓ０４－　Ｄｆｓ０６－　Ｄｆｓ０８－　Ｄｆｓ１０－

挠度／ｍｍ·℃－１拟合值１．９　５．４　２．７　１．７　－０．５

理论值１．９５．４２．７１．７－０．５

线位移～温度相关图，拟合伸缩缝各测点位移～温度相关系数。表２为拟合后的各测点位移～温度相关系数与理论值进行对比，其数值基本一致，说明桥梁伸缩缝位移整体趋势与主梁温度具有很强的相关性，测试结果真实可靠。

／℃ｍｍ

Ｔａｂ．２ＲｅｌａｔｅｄＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ　　　～Ｔｐｐ

表２　位移～温度相关系数

上游

拟合值１．９　５．４　

理论值１．９５．４

传感器

编号Ｍｔｓ０２－　Ｍｔｓ０４－　

传感器

编号Ｍｔｓ０１－　Ｍｔｓ０３－　

上游

拟合值１．９　５．４　

理论值１．９５．４

图５　伸缩缝位移时程曲线

Ｆｉ．５ＴｉｍｅｉｓｔｏｒＣｕｒｖｅｓｏｆＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＥｘａｎｓｉｏｎＪｏｉｎｔｓ－Ｈ　　　　　ｇｙｐｐ　

的较大位移，是平时峰值的２倍甚至数倍以上，但经

４　桥梁线形阈值报警系统

北京立水西桥桥面线形阈值报警系统实现了桥从海量监测数据中仅梁监测信息自动化处理功能，

获取桥梁线形异常信息，同时将海量信息处理转化为部分异常信息处理模式。桥梁线形异常信息产生一般有多种原因：硬件故障、网络故障、桥梁受到异

１０］

。阈值报警系统采用对比常荷载及结构劣化等［

过一段时间后能恢复到初始状态，则可判定为桥梁）对图３（及图５所示的桥梁活受到异常荷载作用；ｃ判断其趋势线是否平稳载时程曲线进行趋势分析，

或是否出现较大波动，然后求解桥梁线形期望值及标准差，若桥梁在长期运营过程中出现结构劣化，性能发生衰减，则会导致桥梁线形逐步增大，期望值无法恢复到初始状态，直至其超过桥梁阈值的基准限值。

立水西桥桥面线形阈值报警系统基准限值可采用基于桥梁恒载效应的阈值或基于活载效应的阈均设置为３级预警：初级预警、一般预警、严重预值，

警。由于基于恒载效应的阈值与主梁温度、太阳光照射等外部条件有关，对监测温度及有限元分析要求较高，因此实际分析与理论值存在着一定差别，影

分析，将异常信息初步划分类别，提供给管理人员进行甄别。若桥面线形出现异常信号后经过一段时间恢复至初始位置，可判别为硬件故障或网络故障；若桥梁线形在异常信号出后一段短期时间内未能回到可判别为硬件故障；若在轨道运营过程初始位置，

中，由于轨道车辆的自重及异常振动冲击变化等原）因，桥面线形出现如图３（中１ｃ８：１５～１９：０２所示

３６

响了阈值限值设置的准确度。而基于活载效应的监测数值精度高，数据稳定，其基准值受外界干扰小，具有准确、易获得的特点。本文主要采用基于活载效应的阈值限值。其三级报警限值的计算公式如下：

．６４５δｆ１＝μｆ－１ｆ

ｆｆ１，ｆｆ１２＝α３＝β

式中δｆ为活载挠度期望值；ｆ为活载挠度标准差；μ

［１１］

α、β根据荷载规范进行确定。

桥梁建设　　２０１１年第６期

（）：２００５，１０５５６４－５６９．

［］硕士４　曹少飞．桥梁结构试验检测应变和挠度测量新方法研究（

［学位论文）长安大学，Ｄ］．西安：２００７．

（ＣＡＯＳｈａｏｆｅｉ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＮｅｗ　ＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎ　－　　　　ｇ［ＳｔｒａｉｎａｎｄＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎＴｅｓｔｉｎｏｆＢｒｉｄｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＤ］．Ｘｉ′　　　　　　ｇｇ　，）ａｎ：Ｃｈａｎ′ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２００７．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　　ｇｙ

］［陈开利，钟继卫，等．基于统计及形态特征指标的桥梁５　王　波，

］（）：线形监测评估［Ｊ．桥梁建设，２０１１，２１３－１７．

（，，，ＷＡＮＧＢｏＣＨＥＮ　ＫａｉｌｉＺＨＯＮＧＪｉｅｉＥｖａｌｕａｔｉｏｎｅｔａｌ．　－　－ｗ　ｏｆＭｏｎｉｔｏｒｉｎｏｆＢｒｉｄｅＧｅｏｍｅｔｒｉｃＳｈａｅＢａｓｅｄｏｎＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ　　　　　　　ｇｇｐ　，ａｎｄＳｈａｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＩｎｄｉｃｅｓ［Ｊ］．ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　　　ｐｇ）：）２０１１，（２１３－１７．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］汪正兴，朱世峰，等．新型竖向位移测量系统的研究及６　赵兴雅，

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（，ＷＡＮＧ，，ＺＨＡＯＸｉｎａＺｈｅｎｘｉｎＺＨＵＳｈｉｆｅｎｅｔａｌ．　－　－　－ｇｙｇｇｇ　ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａＮｅｗ　ＴｅｏｆＶｅｒｔｉｃａｌＤｉｓｌａｃｅ　　　　　　　　－ｐｐｙｐｐ］，）：ｍｅｎｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｓｔｅｍ［Ｊ．ＷｏｒｌｄＢｒｉｄｅｓ２０１１，（１５１　　　ｙｇ）Ｃｈｉｎｅｓｅ－５４．ｉｎ　

］［严新平，刘胜春，等．基于压力变送器的桥梁挠度监测７　付　军，

］（）：系统研究［Ｊ．交通科技，２００５，３４７－４８．

（，，ＦＵＪｕｎ，ＹＡＮＸｉｎｉｎＬＩＵＳｈｅｎｃｈｕｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｅｔａｌ．　　－　－　ｐｇｇ　ＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰｒｅｓｓｕｒｅＴｒａｎｓＢｒｉｄｅ　　　　　　－ｇｙｇ　［］，）：ｍｉｔｔｅｒＪ．ＴｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ２００５，（３　　ｐｇｙ）４７－４８．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］黾，周　佳，许　骏，等．京杭运河特大桥施工阶段拱轴８　赵　亻

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（，，ＺＨＡＯ　Ｍｉｎ，ＺＨＯＵＪｉａＸＵＪｕｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎａｎｄＣｏｎｅｔａｌ．　　　－ｇ　　ｔｒｏｌｏｆＡｒｃｈＡｘｉｓＧｅｏｍｅｔｒｏｆＪｉｎｈａｎＣａｎａｌＢｒｉｄｅａｔＣｏｎ　　　　　　　　－ｙｇｇｇ　　］，：ｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｔａｅ［Ｊ．ＷｏｒｌｄＢｒｉｄｅｓ２００５，（１）５４－５６．ｉｎ　　ｇｇ）Ｃｈｉｎｅｓｅ

］［于德介，胡柏学，等．基于连通管原理的桥梁挠度自动９　曾　威，

］（）：监测系统［Ｊ．湖南大学学报，２００７，７４４－４７．

（，ＹＵ　，ＨＵ，ＺＥＮＧ　ＷｅｉＤｅｉｅＢａｉｘｕｅＡｎＡｕｔｏｏｎｉｅｔａｌ．－　－　－Ｍ－ｊ　ｔｏｒｉｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎＰｉｅＰｒｉｎｃｉｌｅｏｆ　　　　　　ｇｙｇｐｐ　　］ＢｒｉｄｅＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＮａｔｕｒａｌ　　　　ｇｙ（），）：）Ｓｃｉｅｎｃｅｓ２００７，（７４４－４７．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］陈保平，狄卫国，等．基于连通管原理的光电液位挠１０　杨　明，

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［］］工程结构可靠度设计统一标准［１１Ｂ５０１５３－２００８，Ｓ．　Ｇ　

（，ＵＧＢ５０１５３２００８ｎｉｆｉｅｄＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＲｅｌｉａｂｉｌｉｔＤｅｓｉｎｏｆ　－　　　　ｙｇ　［］）ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＳ．ｇｇ　

５　结　语

北京立水西桥桥面线形监测系统至今已正常运营２年，监测期间性能稳定、精度高，监测数据可靠。其中挠度监测系统精度达到ｍｍ级，伸缩缝监测精度达到０．满足桥面线形监测的要求。通过１ｍｍ，对监测数据平滑分析实现了桥梁温度效应及活载效应的解耦。通过基于活载挠度的统计分析，获得了阈值报警系统的３级门限值，实现了桥梁线形监测的自动化功能，为桥梁安全运营过程中提供了准确、有效的依据。

通过对监测数据进一步分析，可获得桥梁的车流量信息，包括桥面日通车数量、桥面双向会车率及相应的会车时间。结合桥梁应变监测及动态监测系统，其信息量更全，可为地铁运营提供更全、更准确的决策依据。

）：参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

［］］１ＢＧ液压传感器的桥梁挠度监测研究［Ｊ．武汉　南秋明．基于Ｆ

（）：理工大学学报，２００９，１２７８－８０．

（ＮＡＮ　Ｑｉｕｉｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｒｉｄｅＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎ－ｍ　　　　ｇｇｇ［］ＢａｓｅｄｏｎＦＢＧ　ＨｄｒａｕｌｉｃＳｅｎｓｏｒｓＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉ　　　　　　－ｙ，）：）ｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ２００９，（１２７８－８０．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　　ｙｇｙ　［］黄跃平，何小元，等．桥梁静载试验中梁截面挠度的激２　董萼良，

］（）：光测试方法［Ｊ．桥梁建设，２００６，１７０－７２．

（，ＨＵＡＮＧ，ＨＥ，ＤＯＮＧＥｌｉａｎＹｕｅＸｉａｏｅｔａｌ．ｉｎｕａｎ　－　－　－　ｇｐｇｙＬａｓｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＢｅａｍＳｅｃｔｉｏｎＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎ　　　　　　　［］，：ＢｒｉｄｅＳｔａｔｉｃＬｏａｄＴｅｓｔＪ．ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２００６，（１）　　　　ｇｇ）７０－７２．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］３Ｘ　Ｍ，ＹＡＮＧＸＳ，ＨＵＡＮＧ　Ｑ．ＵｓｉｎＩｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒｓｔｏ　ＨＯＵ　　　　ｇ　

［］，ＭｅａｓｕｒｅＢｒｉｄｅＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｒｉｄｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　　　ｇｇｇｇ