1、ICS 点击此处添加中国标准文献分类号DB 陕 西 省 地 方 标 准DB XX/ XXXXXXXXX连续梁（刚构）桥健康监测技术规程Structural health monitoring system technical specification forcontinuous beam (rigid frame) bridges（送审稿）XXXX - XX XX 发布 XXXX - XX - XX 实施陕 西 省 质 量 技 术 监 督 局 发 布DBXX/ XXXXXXXXX1前 言本标准由西安公路研究院提出。本标准由陕西省交通运输厅归口。本标准起草单位：西安公路研究院。本标准主要起草人
2、：石雄伟、袁卓亚、冯威、赵建勋、宋彬、任云、马毓泉、许冰、苗建宝。本标准由西安公路研究院负责解释。本标准为首次发布。DBXX/ XXXXXXXXX2连续梁（刚构）桥桥梁结构健康监测技术规程1 范围为了规范陕西省连续梁（刚构）桥桥梁结构健康监测系统的设计，提高设计质量和桥梁养护管理水平，保障桥梁的服役安全，特制订本规程。本规程适用于陕西省公路工程中既有和新建的连续梁（刚构）桥桥梁结构健康监测系统的建设，市政公路桥梁可参考执行。结构健康监测系统的设计、实施，除应执行本规程外，尚应符合国家及行业颁发的现行有关标准、规范的规定。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文
3、件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTG B001-2003 公路工程技术标 准JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范3 术语定义和符号 3.1 术语定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1 桥梁结构健康监测 Bridge Structural Health Monitoring(BSHM)通过对桥梁结构整体行为和实时环境响应的监测，诊断结构损伤位置和程度，实现桥梁服役情况、可靠性、耐久性和承载能力的评
4、估，为桥梁维修、养护与管理决策提供依据和指导。3.1.2 有限元模型修正 Finite Element Updating依据相关测试结果，利用有效手段修正结构有限元模型中的参数，使所建立的有限元模型尽可能地反映结构的真实状态。3.1.3 传感器 Transducer/sensor将特定的被测量信息(包括环境变化、结构应变、结构变形、结构振动等)按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。3.1.4 DBXX/ XXXXXXXXX3损伤识别 Damage identification利用结构的响应数据来分析结构物理参数的变化，进而识别结构的损伤的过程。3.1.5
5、 安全评估 Safety assessment通过各种可能的测试手段，分析结构当前的工作状态，并与其临界失效状态进行比较，评价其安全等级。3.1.6 预警 Warning在危险发生之前，根据结构监测、损伤诊断和安全评定结果，向相关部门发出紧急信号的过程。3.2 符号本标准所用公式中的符号和含义如表 1 所示。表 1 符号和含义符号 含义结构某截面工作时的测试应力（Mpa）max结构正常使用极限状态组合的最大应力（Mpa）tdf混凝土抗拉设计强度（Mpa）c混凝土抗压设计强度（Mpa）D结构某截面工作时的测试挠度（mm）max结构正常使用极限状态组合的最大挠度（mm）f规范规定结构允许最大挠度（
6、mm）Y测点监控指标预警值4 总体设计4.1 一般规定4.1.1 系统设计宜在结构设计阶段进行综合考虑以达到最优,系统设计应做到检测数据可靠、分析方法可靠和系统软硬件可靠。4.1.2 系统应采用先进的硬件设备、合理运用计算机技术和远程信息传输技术，并应保障系统的实时性和安全性。4.1.3 系统软件应操作简便，便于养护，能满足用户的不同需求，具有一定的前瞻性，并易于扩展和升级。DBXX/ XXXXXXXXX44.2 监测内容监测项目确定宜根据桥梁结构实际状况及项目需求合理选择，结构碳化、腐蚀等耐久性指标一般不建议长期在线监测。主要监测项目见表 4-1。表 4-1 监测项目注：带*号为必测项目环境
7、及作用监测 温度*、湿度、风荷载、车辆荷载、地震作用静力响应 应力*、挠度*、沉降、倾角、伸缩缝变位、裂缝、支座位移结构响应检测动力响应 频率*、振型、阻尼4.3 系统功能设计完整的桥梁结构健康监测系统应包括传感器子系统、数据采集与传输子系统、结构安全评估与预警子系统和数据库管理子系统，各子系统功能应符合表 4-2 规定。表 4-2 系统构成及主要功能系统 主要功能传感器子系统 负责将被测的不同形式的物理量转变成便于记录及再处理的电压、电流或光等信号。数据采集与传输子系统 负责信号采集、传输。结构安全评估与预警子系统 负责对桥梁危险状态进行预警、对桥梁状态参数和损伤状态进行识别、对桥梁综合性能
8、进行评估。数据库管理子系统 各子系统数据的支撑系统，负责完成数据的归档、查询、存储、维护和打印输出等工作。5 传感器子系统5.1 传感器选型原则5.1.1 传感器选择应综合考虑被测量物理量的最小变化量、测量范围、测量类型、测试周期、测试环境、安装环境以及资金投入合理选择。5.1.2 传感器应技术成熟、性能先进，耐久性和抗干扰能力强，应易安装，便于维护和更换。5.1.3 传感器正常工作前应进行校准、调试，以确保其正常工作。常见传感器类型及相应监测内容见表4-3。DBXX/ XXXXXXXXX5表 4-3 常见传感器类型及相应监测内容监测类别 监测内容 传感器类型风荷载 机械式风速仪、超声风速仪及
9、多普勒雷达等温度 接触式温度传感器和非接触式温度传感器湿度 湿度传感器车辆荷载 动态称重仪、视频监测环境及作用地震作用 加速度传感器应力 光纤光栅应变传感器、振弦式应变传感器和压电薄膜传感器等挠度 全球卫星定位系统（GPS） 、静力水准仪（HLS ） 、自动全站仪和激光测试仪等沉降 沉降计倾角 倾角仪动力响应 速度传感器、加速度传感器裂缝 裂缝观测仪支座变形 位移计结构响应伸缩缝变位 位移计5.2 传感器布置5.2.1 环境监测、几何监测和外部荷载监测等特殊类型的传感器应依其测量特点进行布置。5.2.2 结构响应监测等传感器布置宜通过有限元分析结合优化算法确定。5.2.3 传感器数量应适度冗余
10、，并可扩充和升级。5.2.4 传感器及传输线缆布设不应损伤结构，应有适当的防护措施，并应考虑后期维护安全可行性。5.3 传感器性能参数要求传感器主要性能参数应包括：量程、最大采样频率、线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、DBXX/ XXXXXXXXX6漂移、供电方式和寿命，应结合项目要求合理确定。6 数据采集与传输子系统6.1 数据采集6.1.1 采集设备的性能应与对应传感器性能匹配，满足长期稳定工作要求。采集设备应易于更换，且更换不影响采集软件使用，宜增大所有功耗器件的冗余量，延长其使用寿命。6.1.2 数据采集模式应根据工程特点与现场具体条件选择。采集设备在特殊状态下应可进行人工干预。6
11、.1.3 采集设备不应设置在潮湿、有静电和电磁场环境之中，应做好防尘防雷击保护设施，传输线缆宜短。采集设备应有不间断电源保障或太阳能供电等代替方案。6.1.4 传感器采样频率应能反映被监测结构的行为和状态，时域分析数据采样频率宜在被测物理量预估最高频率的 5 倍以上，频域分析数据采样频率宜在被测物理量预估最高频率的 2 倍以上。6.1.5 采集设备应遵循标准协议，配置信号增益等硬件设备，实现对信号预处理，应具备实时自动采集存储、即时显示反馈、实时自诊断等功能，应保证现场数据的真实性、实时性、连续性、有效性。6.1.6 存储数据单位宜采用国际单位制，时间应采用公历，最低精度为秒。6.2 数据传输
12、6.2.1 数据传输系统设计应坚持因地制宜的原则，综合考虑数据传输距离、工程特征和现场地形条件、网络覆盖状况、已有的通信设施等因素，灵活选取合适的数据传输方式。a）当工程现场存在无线发射设备或在有强电磁场的环境下，应采取有效的电磁屏蔽措施，当无法实施电磁屏蔽时，应采用有线传输方式。b）对于交通不便的深山峡谷、复杂地形、物理线路布设和维护困难的环境及需要构建临时传输网络的工程现场，宜采用无线传输方式。c）根据工程实际需要，可选择一种或多种传输方式进行组合使用。d）采用有线传输数据时宜利用已有的光纤通信网等数据传输线路，设置必要的中继器或转发器，选取适当的传输介质；同时应以现场数据采集器的接口为基
13、础，以增加最少的接口转换器为原则，选取适当的接口类型。e）采用无线传输数据时应根据工程现场营运的网络、成本和现场实际情况选择合适的无线传输方式。f）数据传输系统应设计数据备份机制，应至少保存最近7天的监测数据。6.2.2 数据传输系统应具有对来自数据采集系统的各种数据接收、处理、交换和传输的能力，应保证数据传输的可靠性、高效性和数据传输质量。6.2.3 数据传输时低速数据可采用异步传输，高速数据可采用同步传输。当选择同步传输时，应结合现场实际情况，综合考虑传感器间距离、工程特征及现场地形条件等因素，选择合适的同步技术。a）对于小范围的结构健康监测系统，宜采用基于信号的同步技术。b）对于大范围的
14、结构健康监测系统，宜采用基于时间的同步技术。DBXX/ XXXXXXXXX7c）根据工程实际需要，也可选取一种或两种同步技术组合使用。6.3 其他要求工程现场应有安置传输设备的观测室，观测室应符合下列要求：a）电力应稳定可靠，交通应方便，自然环境应清洁。b）应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂、仓库、堆场等。c）应远离强振源和强噪声源。d）宜避开强电磁场干扰，无法避开时应采取有效的电磁屏蔽措施。e）应具有防雷、防火设施。f）观测室内部温度、湿度等条件应满足通信及其他设备的工作环境要求。7 结构安全评估与预警子系统7.1 一般规定7.1.1 结构安全评估与
15、预警子系统应对结构各类监测参数建立明确的预警指标，并通过对监测数据进行处理分析，实现对结构状态的监测和分级预警。7.1.2 结构安全评估与预警子系统应能独立或综合日常、定期检测结果实现对结构的状态综合评估。7.1.3 系统应具备预警信息处理功能，能将各种预警信息以电子邮件和短信等形式通知相关人员。7.1.4 按照数据处理目的和深度的不同可分为结构异常状态预警、结构损伤识别和结构安全评估三个层次，设计时可依据结构实际状态、监测目的、需求及资金投入综合考虑。7.2 结构预警7.2.1 预警指标应以敏感截面的应力和挠度为主，其他指标为辅。7.2.2 预警指标有效报警后，系统应能够及时分析等后继工作，
16、实现对损伤的定位和程度判断，并为结构评估服务。7.2.3 连续梁（刚构）桥可将整个监测期分为混凝土收缩徐变相对活跃时期（通车前 1-3 年这一时期）和混凝土收缩徐变相对稳定时期（通车 3 年后直至结构寿命终结），依据各时期结构受力特点制定不同预警策略和安全预警阀值。7.2.4 混凝土收缩徐变相对活跃时期宜采用以规范限值为主，理论分析值为辅的分层次预警阀值设置。实行四级报警制度：第一级为“绿色区” ，在该区域内，结构应力 ，结构挠度 ，结构处于安全状态，max0.5max0.5D所有测点正常监控。第二级为“黄色区” ，在该区域内，结构应力 ，结构挠度 ，结构axax. axmax. 仍处于安全状
17、态，但受力较不利。第三级为“橙色区” ，在该区域内，结构应力 ，结构挠度 ，结构虽然maxcdtf 或 axaxf 满足规范要求，但已经超出理论计算值，存在潜在隐患。DBXX/ XXXXXXXXX8第四级为“红色区” ，在该区域内，结构应力 ，结构挠度 ，结构已不满足规范要cdtf 或 maxDf求，存在重大安全问题。7.2.5 混凝土收缩徐变相对稳定时期应对健康监测系统采集的海量实测数据利用数学工具分析其内在变化规律，并据此建立结构指纹库进行预警。按以下步骤设置预警阀值：a）选取一定时间周期的指标观测值形成样本，对其进行统计学分析估计其统计特征值、，确定其概率密度函数和分布函数；b）按照概率
18、分布求得适合于小概率的应力极值Ym：()()mxPYfdc）根据工程重要性确定小概率值，建议取0.017。d）求解该测点监控指标预警值Ym。7.2.6 发现监测仪器设备异常引起测值异常时应及时对设备进行检修，重测。对于由于结构本身劣化损伤引起的测值异常应及时查明原因，采取应急措施，保证结构安全。判断异常值是否由监测系统自身问题所引起主要原则有累进性原则、一致性原则、合理性原则、无因果原则、可视性原则、非单点原则。7.3 损伤识别7.3.1 损伤识别包括损伤探测、损伤定位、损伤分类、损伤程度，监测系统设计时应结合项目实际合理确定。7.3.2 损伤识别可采用实测数据分析结合模型修正（FEMU）进行
19、。模型修正法可采用矩阵型修正方法、元素型修正方法、误差因子修正方法（子矩阵修正方法）、设计参数修正方法等。7.4 安全评估7.4.1 连续刚构桥梁状态评估宜采用变权层次分析法。7.4.2 指标权重分配宜采用专家评估法，也可采用公路桥梁技术状况评定标准（JTG/T H21-2011）中相关规定。7.5 评估流程7.5.1 结构状态识别和损伤识别的流程如图 7-1 所示。DBXX/ XXXXXXXXX9建立结构初始健康状态样本集损伤识别算法建立运营期结构状态样本集构件的损伤状况图7-1 结构状态识别及损伤识别流程图7.5.2 结构综合评估模块设计流程见如图 7-2 所示。人工巡检信息自动采集信息桥
20、梁相关资料评估模块安全性评估适用性评估耐久性评估评估结论维护建议图 7-2 综合评估子系统设计流程图8 数据库管理子系统8.1 设计原则8.1.1 数据库设计应遵循数据库系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、标准性和经济性的基本原则，并保证数据的共享性、数据结构的整体性、数据库系统与应用系统的统一。8.1.2 结构健康监测数据库应能将采集系统收集到的实时数据和历史数据进行数据处理，并提供给评估系统进行数据分析，并将处理及分析结果进行保存。8.1.3 数据库系统应支持在线实时数据处理分析、离线数据处理分析以及两种工作方式的混合模式。8.1.4 数据库功能应包括监测设备管理、监测信息管理、结构模
21、型信息管理、评估分析信息管理、数据转储管理、用户管理、安全管理以及预警信息管理等。8.1.5 用户管理应支持用户权限的定义和分配，根据用户权限来操作不同模块，提供基于角色的用户组管理、用户授权、注册账号和认证管理等。8.1.6 系统安全管理应提供系统运行环境的网络安全管理和安全保护、数据库的容灾备份机制、敏感信息标记以及用户使用日志审计等功能。8.2 数据库组成DBXX/ XXXXXXXXX108.2.1 数据库应至少包括以下信息：a）设备标识、设备名称、所属子站、几何位置、设备功能、出厂参数、安装时间、采样频率、警戒值、运行状况、维修记录等。b）原始环境信息、荷载信息、结构响应信息、结构形态
22、信息以及原始数据等。c）结构设计图纸、基本设计参数、结构分析模型。d）评估所采用的准则和方法，评估时的主体、时间、参数、对象、结果和报告。e）用户名、用户标识、用户组、个人信息。8.2.2 选择数据库管理系统宜考虑下列因素：a)系统支持对海量数据的高效管理机制。b)异常情况下的容错功能。c)系统恢复功能。d)系统宜支持分布式数据管理功能， 包括分布式数据存储、复制、 数据透明访问等。9 系统安装9.1 加强原材料、原器件检验工作,严格执行各项材料的检验制度。9.2 加强技术管理,认真贯彻执行国家规定、操作规程和各项管理制度,明确岗位责任制,认真做好技术交底工作。9.3 严格执行质量标准,按作业
23、指导书进行操作。9.4 主要工程质量严格检查,坚持“自检、交接检、专检“三检制。9.5 每到工序完成后由专人进行中间检查，确保不返工，保证施工质量。9.6 在施工过程中,后插入的工序,不得以任何借口随意破坏前一道工序的成品,如须改变作法,须经设计方同意。9.7 施工现场应有安全管理制度，做好人员安全培训，严格按照现行相关规范要求执行，并应有应急预案。10 系统验收10.1 桥梁结构健康监侧系统建成正常运营 2 个月后，由相关部门组织系统验收。10.2 桥梁结构健康监测系统的验收内容主要包括各子系统和整体性能指标验收。10.2.1 严格按照合同要求的传感器及相关配套设施的品牌、数量采购设备；按照
24、健康监测实施方案及施工组织方案安全、及时、保质保量的安装设备；10.2.2 系统安装、调试完成后，应保证正常运行，保证对大桥运营状况的监测效果；10.3 传感器子系统传感器子系统功能可根据项目实际自行设计，至少应达到以下要求:DBXX/ XXXXXXXXX1110.3.1 应保证表面式传感器的成活率为 100%，埋入式传感器的成活率不低于 95%，对不成活的传感器应补设表面式传感器；10.3.2 传感器采集数据精度应满足桥梁安全评价与预警的需求；10.3.3 传感器的安装和布线应不造成对桥梁的破坏，不影响桥梁的外观；10.3.4 传感器布设应具有较好的防锈蚀、防老化和防人为破坏功能，并做好防雷
25、、防盗等安全措施。10.4 结构采集与传输子系统结构采集与传输子系统功能可根据项目实际自行设计，至少应达到以下要求：10.4.1 应能够定时启动传感器设备监测运行；10.4.2 应能够与现场监控中心工作站进行通信与数据交换；10.4.3 应能够进行时钟校验；10.4.4 可对监测传感器与二次仪表启动电源控制；10.4.5 可对二次仪表增益控制；10.4.6 可按不同的监测操作和不同的监测内容、采样次序、采样频率，完成对传感器输出的采样与模数转换；10.4.7 接收工作站可对监测操作参数进行修改，调整监测运行的时间和监测采样次序、采样频率与监测模拟量转换参数；10.4.8 对配置专用测控软件的传
26、感器设备，可提供软件运行的平台，并编制相应的通信协议与接口；10.4.9 可提供监测数据非正常状况的识别、剔除与事件发生率的记录；10.4.10 可完成与监测数据输出内容相应的监测数据初步整理；10.4.11 应能根据要求，调整数据有限期的存储、备份及管理；10.4.12 可对传感器设备输出物理量与运行状况的检测、识别；10.4.13 能够实现工作站电源故障的报警；10.4.14 接受工作站传送的监测参数调整的指令，进行相关的监测过程或监测数据处理参数的调整，并记录、备份相关的调整指令；10.4.15 现场传输子系统宜采用数字信号传输方式，并保证传输线路的可靠性、安全性和可更换性。10.5 结
27、构安全评估与预警子系统结构安全评估与预警子系统功能可根据项目实际自行设计，至少应达到以下要求：10.5.1 给出桥梁的主要危险状态描述，建立危险状态信息库；DBXX/ XXXXXXXXX1210.5.2 系统能够长期稳定运行，能够对桥梁的主要危险状态进行识别，实现分级预警；预警应及时，不允许出现漏报，误报率不高于 2%；10.5.3 在桥梁处于异常状态时,系统能够根据预警级别给出相应应急预案，并及时报警；10.5.4 能够结合人工巡检和自动采集对桥梁工作状态进行评估；所采用的综合评估技术应具有实用性和可操作性；评估方法确定宜满足公路桥涵养护规范（JTG H112004)等规范的规定；10.5.
28、5 所用的结构损伤识别技术应具有良好的抗噪能力；能够判断桥梁结构是否发生损伤，并能初步判断损伤位置和损伤程度；能够对监测及识别的结果进行历史趋势对比、分析；10.5.6 能够根据历史识别经验对进行模型修正，进而对状态识别和损伤识别算法进行拓展和升级，提高自身性能；10.5.7 桥梁评估系统应能提供综合评估报告，评估结果应明确、直观，并提出维护管养建议。10.6 数据库管理子系统数据库管理子系统功能可根据项目实际自行设计，至少应达到以下要求：10.6.1 数据库管理系统应处于安全的物理环境。对数据库管理系统资源的处理应限定在一些可控制的访问设备内，防止未授权的访问。系统硬件和软件应受到保护以免未
29、授权用户的物理修改。10.6.2 在应用程序调试完成后，应对数据库进行试运行操作，包括功能测试和性能测试。10.6.3 系统交互可采用人机交互、监测系统与数据库系统交互，也可采用分布式环境下的协作交互。10.7 系统整体性能要求健康监测系统至少应达到以下要求：10.7.1 监测数据必须有效传输至桥梁管理部门监控中心，统一维护管理；10.7.2 系统应满足对结构进行实时监测、及时预警与评估以及特殊环境状况下的应急监测要求；10.7.3 监测数据采集应真实可靠，传感器故障率低，数据传输及时，预警及时，误报率低，评估结果可信；10.7.4 系统应保证 24h 连续工作，使用寿命满足设计要求，一般故障
30、系统应具有自动恢复启动功能；10.7.5 必须提供系统完整的帮助文档和操作手册；10.7.6 业主和设计单位的其它要求。10.8 系统软件性能要求10.8.1 可实时监测桥梁的各测点传感器，可自定采集时间，并对原始数据进行滤波、计算等处理,数据以数字或相应曲线、图等形式实时显示、记录和打印； 10.8.2 监测数据能够保存在多种数据库内，并可进行历史数据查询，生成选定时间段内的测试参数的最大最小值，还可以直接生成 EXCEL 或其他形式报表； DBXX/ XXXXXXXXX1310.8.3 软件界面清晰直观，工具条与按钮形式操作。以主界面和各子界面形式显示，各界面间切换灵活，界面图案可按客户要
31、求绘制改动； 10.8.4 数据可以各种图形方式显示，包括桥梁监测仪器布点，桥梁应变、受力、挠度、变形、风速、降雨量等的时间历程曲线图、X/Y 坐标图、模拟图、直方图等形式；10.8.5 能对系统用户进行口令和操作权限管理； 10.8.6 系统满足开放性标准的要求，方便系统功能的添加、删除、维护、修改、增强和扩展。11 系统维护11.1 桥梁管理部门应安排专职人员对桥梁结构健康监测系统进行日常和定期维护管理。11.2 系统建成后，由相关部门负责建立相应的系统维护制度，并编制完成工作手册。12 人员培训系统建成后应通过合适培训方式对相关人员进行培训。DBXX/ XXXXXXXXX14附录A （资
32、料性附录）静力测点优化布置算法利用有限元分析软件对桥梁结构进行分析得到设计荷载作用下结构在正常使用极限状态各截面上下缘应力值。利用混凝土设计极值和实测截面极值差值的最小绝对值作为强度储备指标（式 A.1） ，两两比较求得截面重要性程度参数。将数据代入到式（A.2）中，得到截面权重的判断矩阵 A。（A.1）maxmaxmininin(,)stdscdstdscdxxAffff式中： maxini,stdcf截 面 极 值 差 值 的 最 小 绝 对 值 ；,截 面 在 正 常 使 用 极 限 状 态 的 上 缘 最 大 、 最 小 应 力 ；截 面 在 正 常 使 用 极 限 状 态 的 下 缘
33、 最 大 、 最 小 应 力 ；混 凝 土 抗 拉 、 压 设 计 强 度 。（A.2）1122112.C().niijnjnnAuA式中： 12,.nA为 到 截 面 极 值 差 值 的 最 小 绝 对 值 ；利用特征根法求出最大特征值 max 及其对应特征向量 W，对特征向量 W 进行正规化和一致性检验后即可以得到各截面权重值，从而排除人为因素的影响，求得结构应力监测最佳截面。DBXX/ XXXXXXXXX15附录B （资料性附录）加速度传感器的布置准则与方法B.1 传感器的布置准则B.1.1.加速度传感器布置宜符合下列准则：a） 模态保证准则b） 模态矩阵的奇异值比准则c） 平均模态动能
34、d） Fisher 信息阵e） 模态的可视化程度f） 表征最小二乘法准则B.1.2.模态保证准则矩阵可按下式进行计算：(B.1)TijijijMAC模态保证准则矩阵的第（i ；j)个元素；ijMAC归一化后的模态矩阵，其每一列为结构的一个模态 ；表示矩阵的转置。TB.1.3.模态矩阵的奇异值比可按下式进行计算：（B. 2）1mS模态矩阵的奇异值比；S和 分别为模态矩阵的最大与最小奇异值。1mB.1.4.平均模态动能宜选择所有自由度模态动能中较大一部分的结构测点，以使得测试信号具有较高的信噪比，且得到的模态识别结果精度较高。B.1.5.有效独立法的 Fisher 信息阵可按下式进行计算：（B.3
35、）TFDBXX/ XXXXXXXXX16式中： Fisher信息阵。FB.1.6.模态的可视化程度是待识别的模态宜在结构的特征点或者整体上有一定分布， 具有一定的可视化。B.1.7.表征最小二乘法准则可按下式进行计算：(B.4)/()()TrsLSsLSJqq式中： 表征最小二乘法准则的目标函数，其值越小越好，传感器位置所测数据估计的模/rsJ态越准确；利用较多传感器取得的模态坐标的最佳最小二乘估计；()LSq采用某待选传感器组合时模态坐标的最小二乘估计 。sB.2 传感器布置方法B.2.1.加速度传感器可按下列方法进行布置：a) 模态动能法b) 特征向量乘积法c) 原点留数法d) 有效独立法
36、e) 改进的 法inMACf) QR 分解法g) 特征值灵敏度法B.2.2.模态动能法可按下式进行计算：（B.5）ikiijkjMKE与第 k 个模态第 j 个自由度相对应的模态动能；ikMKE第 k 个模态在 i 点的分量，为有限元质量阵中的相应元素；ik有限元质量阵的第（i,j) 个元素；ij第 k 个模态在 j 点的分量。jkB.2.3.特征向量乘积指标可按下式进行计算:(B.6)1miikECPDBXX/ XXXXXXXXX17第 i 个自由度的特征向量乘积指标。iECP模态分量加和指标可按下式进行计算：(B.7)1miikMSP式中： 第 i 个自由度的模态分量加和指标。iMSPB.
37、2.4.原点留数法的指标可按下式进行计算：(B.8)1DPR原点留数法的指标；DPR矩阵与相对应的元素点点相乘；对角的结构特征值矩阵，其每一个对角元为结构圆频率的平方。B.2.5.有效独立法的有效独立系数可按下列公式进行计算：(B.9)TDEdiagQ(B.10)R有效独立系数；DE与维数相同的 nm 维的单位正交矩阵；Q提取括弧内矩阵的对角元；.diag nm 维的上三角矩阵。R与 共同构成模态矩阵的“瘦”正交三角分解。B.2.6.改进的 法可按下列步骤进行：iMACa) 根据经验和结构特点选择初始若干传感器位置（少于所需传感器数目） 。b) 增加一个待选传感器位置，按照式（B.1)计算 矩
38、阵并存储最大的非对角元，然后MAC更换增加的传感器为另一个待选传感器位置，重新计算 矩阵并存储最大的非对角元，这样继续下去直至所有的待选传感器位置都被计算过。然后比较所存储的各个最大的非对角元，选择其中最小者，在其所对应的位置布设一个传感器。c) 按照第 b 步的方法重复增加传感器，直到所需要的传感器数目为止。B.2.7.模态矩阵的 分解法可按下列步骤进行：QRa) 首先对结构振型矩阵的转置 进行正交三角分解（ 分解） 。TQRDBXX/ XXXXXXXXX18b) 然后选择分解后的正交矩阵 的前 s 列所对应的位置布设传感器。QB.2.8.特征值灵敏度法可按下列步骤进行： ，a) 设结构损伤
39、只引起刚度的变化，而质量的变化可忽略不计。b) 计算特征向量的变化。特征向量的变化可按下列公式计算：(B.11)iFKA(B.12)nnnn123n11rrr rTTTTi i i Lrrr rii i i iKF ， ， (B.13)123TLA式中： 、 相应的结构刚度 ;1K2n第 i 阶模态振型改变对损伤系数向量的灵敏度。Fc) 按照有效独立法的相似过程构造 Fisher 信息矩阵。(B.14)TAFKd) 依次删除对信息阵独立性贡献最小的行，最后保留的行即为传感器的布设位置。DBXX/ XXXXXXXXX19附录C （资料性附录）变权层次分析评估法层次分析法主要工作步骤为：C.1 明
40、确问题并划分和选定有关因素；C.2 建立递阶层次结构；C.3 构造各层判断矩阵；将同一层次的各因素，按其优良程度或重要程度划分成若干等级，赋以定量值。对同一层次的各指标以上一层次的指标为准则进行两两比较，构造两两比较判断矩阵。表 C.1 标度的含义及说明标度 含义 说明1 两个因素，具有同样的重要性 两因素对某性质相同的贡献3 两个前者比后者因素稍重要 经验判断，两个因素稍偏重于某个因素5 两个前者比后者因素明显重要 经验判断，两个因素偏重于某个因素7 两个前者比后者因素强烈重要 某个因素占主导地位9 两个前者比后者因素极端重要 某个因素占绝对重要低位2、4、6、8 表示上述相邻判断的中间值
41、其它C.4 矩阵完全一致性条件判定a）对角线元素为 1，即：式,12ijbjn、 、 .、（C.1）b)右上三角和左下三角对应元素互为倒数，即：式(C.2）1,2,ijjibnij、 、 .、c)元素的优先次序的传递关系，即：式(C.3）,12,ikijjbnij、 、 .、C.5 确定单一元素相对权重DBXX/ XXXXXXXXX20对于通过两两比较得到的判断矩阵，求解特征根问题式（C.4）maxB式中， 判断矩阵；B判断矩阵的最大特征根；max最大特征根所对应的特征向量。一般采用幂法计算 和 。在精度要求不高的情况下，可以用近似的方法计算 和 ，主要有和ax max法及根法。C.6 判断矩
42、阵的一致性检验主要计算以下三个指标:一致性检验指标 CI：式（C.5）max1nCI式中，n判断矩阵的维数， 判断矩阵的最大特征值max平均随机一致性指标 RI：单层次判断矩阵的平均随机一致性指标 RI 随矩阵的维数而变动。平均随机一致性指标是多次（500 次以上）重复进行随机判断特征值的计算之后取算术平均得到的。相对性一致指标 CR式（C.6）CIR当 CR0.1，认为建立的判断矩阵不能令人满意，需要重新分析赋值，仔细修正，直到检验通过为止。C.7 变权综合原理常规状态下的常权综合模式为：式（C.7）(0)01mjjVx其中 m 为评价指标个数， 为第 j 个指标的权重， 为第 个指标的评估
43、值，对于桥梁整体使(0)jj用功能而言，由于影响因素众多，当个别构件出现严重缺陷时，最终评价结果 并不会出现太大的变0V化，不能反映出结构的真实状况。这时应采用变权综合的方法对各评价指标权值进行适当调整。变权综合模式为：式（C.8）(0)()(0)1212(,.,.mjmmjjVxxDBXX/ XXXXXXXXX21其中变权值 应满足变权的公理化定义：j归一性： 12(,.)1mjmjx连续性： 关于每个变元连续；12,.,(,.)j j惩罚性： 关于变元 单调减少。(,.),12,.jmxjx根据变权法的原理，均衡函数常用的有“积型”与“和型”两种。积型均衡函数为， .得到的变权公式为：12
44、1(,.)janB0式（C.9）(0)12()1(,.),2,.jjmjkxjmx由此求得变权综合模式 I 如下：式（C.10）(0)112()(,.)mjjkVxx和型均衡函数为 。得到的变权公式为：2121(,.),0jmanBxx式（C.11）()112(0)1(,. ,2,.ajjmkjmx依据此求得变权模式为：，其中 式（C.12）(0)121()(,.)majjkxVx1式中 的取值，反映了决策者对均衡性的要求，当对各指标平衡问题考虑较多时取 ，评价a 0.5a结果趋向于变权综合模式；当比较能容忍某方面缺陷时取 ，评价结果趋向于常权综合模式；0.5a当 时，即等同于常权综合模式。1
45、当所评估桥梁的部分评估项目不具备时,则应将不具备项目的权重按比例重新分配给其他各项，仍DBXX/ XXXXXXXXX22然保持总权重不变，而各项分部结构权重在总权重中所占比例并未发生改变，以保证各分部结构相对于整个结构的重要性，使得个别桥梁构件出现重大缺陷时能在总体评估结果中较为明显的反映出来，也更符合客观实际。附录 D （资料性附录）基于挠度监测数据的预应力损失识别D.1 通过桥梁挠度监测系统，对主梁上 n 个挠度监测点的挠度数据分别进行采集，处理，消除温度影响。D.2 此挠度数据包含预应力损失和混凝土收缩与徐变影响，建立空间仿真模型，求解各挠度监测点因混凝土收缩与徐变引起的挠度和因预应力损
46、失引起的挠度关系，从实测数据中分离出预应力损失引起挠度值。D.3 将主梁预应力钢筋束分为 M 组，编号为 1、2、M；其中 M=2 或 2m-1，假定每组中所有预应力钢筋束的预应力损伤程度均相同；利用空间仿真模型分析结果建立损伤识别刚度矩阵 ;A损伤识别刚度矩阵 为 nM 阶矩阵，损伤识别刚度矩阵 中第 行第 列的元素记作 ，其中AAijij和 均为正整数， =1、2、 、n， =1、2、M； 表示当编号为 的预应力钢筋束组的预应力ijijij损失 a%时，编号为 的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据；当编号为 的预应力钢筋束组的预j应力损失 a%时，编号为 的预应力钢筋束组的预应力损失程度
47、为 a%，其中 a%为预先设计的用于建立j损伤识别刚度矩阵的预应力损失程度值。当 M=2 时，损伤识别刚度矩阵 为矩阵 ，矩阵 = ；A22A1212.na当 M=2m-1 时，损伤识别刚度矩阵 为矩阵 ，矩阵 = ；M121.MnaD.4 矩阵求解建立矩阵 ，为由 t 时刻各挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据组成的列矩阵，且矩阵 =tD tDDBXX/ XXXXXXXXX23，矩阵 中的元素 表示 t 时刻编号为 的挠度监测点因预应力损失引起的挠度数据。12.tntdtDitdi建立矩阵 ，为由 t 时刻 M 个预应力钢筋束组的预应力损伤程度组成的列矩阵，且矩阵 =t t，矩阵 中的元素 表示 t 时刻编号为 的预应力钢筋束组的相对预应力损失程度。12.tMttjtj按照公式= (D-1)tDA计算得出的矩阵 ，求解 t 时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度。根据计算得出的矩阵t对 t 时刻各预应力钢筋束组的预应力损失程度进行计算时，根据公式 = a0.01，计算 jtjtt 时刻编号为 的预应力钢筋束组的预应力损失程度 。j jt矩阵求解时，先构建优化函数 ，求解使优化函数 的值最小，可借助MATLAB进21nCcoititfdconf行。
