大跨斜拱橋結構健康監測系統的設計與開發

李宏男，田 亮，伊廷華，任 亮

(大連理工大學建設工程學部土木工程學院，遼寧大連116023)

大跨斜拱橋結構健康監測系統的設計與開發

李宏男，田 亮，伊廷華，任 亮

(大連理工大學建設工程學部土木工程學院，遼寧大連116023)

沈陽伯官大橋是中國首座六跨中承式飄帶形提籃斜拱橋，為確保該橋在施工及服役期間的安全，對其設計并安裝了一套完整的結構健康監測系統。介紹了安裝系統的儀器選型及測點布設方案，監測系統的功能、構成及其實現過程，包括傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據管理子系統以及狀態評估子系統。為滿足傳感器數量多、分布廣、信號測量精度和同步性要求高的需求，自主研發了一套分布式結構健康監測數據同步采集儀器，實現了多類型傳感器及多終端設備之間的精準同步采集。該監測系統為實時監測橋梁的響應，在線把握橋梁的性態，合理制定橋梁的養護計劃，提供了有效的手段。

拱橋；結構健康監測；有限元分析；數據同步采集；系統集成

引 言

由于車輛荷載、環境侵蝕、人為作用以及養護維修不及時，橋梁結構在其長期服役期間將不可避免地發生累積損傷和疲勞破壞。因此，對橋梁結構的性能進行實時地監測與診斷，及時發現結構的損傷，對可能出現的災害進行預測，并評估其安全性，已成為土木工程學科發展的必然要求［1］。所謂結構健康監測，就是利用現場的、無損的、實時的方式采集結構與環境信息，分析結構反應的各種特征，獲取結構因環境因素、損傷或退化而造成的改變［2］。

目前世界上許多大橋已相繼安裝了不同規模的結構健康監測系統，如加拿大的Confederation橋安裝了一套結構動力監測系統，對橋梁在風荷載、車輛荷載、冰荷載以及地震等作用下的動力響應進行了有效地監測［3］；日本的Akashi Kaikyo大橋安裝了包括地震儀、風速儀、加速度計、速度計、GPS以及位移計等多種傳感器組成的監測系統，對橋梁進行了有效的動態監測。此外，像挪威的Skarnsundet斜拉橋、丹麥的Great Belt East懸索橋、美國的Sunshing Skyway斜拉橋、韓國的Seohae斜拉橋等均安裝了結構健康監測系統，取得了良好的監測效果。自20世紀90年代開始，中國在各種形式的大型橋梁上也逐步開始安裝結構健康監測系統。在懸索橋領域：香港青馬大橋布設了大量的加速度傳感器及應變計，并安裝了風速儀和GPS系統，用以長期監測外部荷載和橋梁響應，該系統是當時世界上規模最大的結構健康監測系統之一［4］；廣州虎門大橋建立了三維位移GPS實時動態監測系統，先期安裝的7臺GPS信號接收機，實現了大橋的全天候連續高精度測量，為研究該橋的實際服役性能提供了基礎數據［5］；潤揚長江大橋除了對車流狀況、氣候環境、索塔沉降等進行了常規監測，還對主跨位移、鋼箱梁截面應力、鋼索拉力以及懸吊體系和索塔的振動等進行了重點監測［6］。在斜拉橋領域：朱永等［7］設計開發了大佛寺長江大橋結構健康監測系統，通過該系統采集到大量監測數據，檢驗了其開發的光纖應變測量系統和激光/光電位移撓度測量系統的可行性和可靠性；山東濱州黃河公路大橋結構健康監測系統［8］，包括對風荷載、溫度、應變、位移和加速度等物理量的全面監測，該系統在成橋試驗中記錄了大橋在各種工況下的響應，為評估橋梁的實際性能起到了良好的效果；近年建成的蘇通大橋安裝了14類共計788個傳感器用以監測橋梁的服役狀態，并將日常的養護管理融入到實時的監測系統［9］。與懸索橋和斜拉橋這種纜索支撐體系橋梁相比，關于拱橋的監測研究工作還相對較少。但隨著拱橋跨度的不斷增大和造型的日益復雜，關于拱橋的長期服役性能監測也逐漸引起了研究人員的重視。如丁

睿［10］對巫峽長江大橋建立了一套分布式光纖傳感監測系統，成功檢測到了鋼管混凝土結構的內部損傷，監測數據對橋梁的維護和加固起到了重要作用；張彪等［11］對瀛洲大橋開展了基于光纖光柵傳感器的橋梁監測研究，主要是對主副拱和橋墩結合部的倒三角區、中跨主梁內的高強鋼絞線系桿和拱結構等進行了重點監測，取得了良好的監測結果。

1 工程背景

沈陽伯官大橋橫跨沈陽渾河，北接棋盤山，南連沈撫新城，橋梁總長885 m，橋寬32 m，雙向六車道，如圖1所示。該橋是中國首座六跨中承式飄帶形提籃斜拱橋；橋的拱肋采用變截面矩形空心鋼箱體系，上下游拱肋之間組成三維空間結構，最大跨徑120 m，最大拱高67 m；拱座以上拱肋雙向傾斜，呈倒V狀，內傾17°，除主跨拱肋外其余拱肋均無橫向風撐；吊桿采用雙索面布置，共計172根；主梁采用鋼-混凝土疊合梁結構，混凝土橋面板通過剪力釘與吊桿橫梁相連。

圖1 沈陽伯官大橋鳥瞰圖Fig.1 Birdview of Shenyang Boguan Bridge

伯官大橋結構形式新穎、受力復雜，比如除主跨拱肋外，上下游拱肋間均無橫向風撐且為陡拱，使其自身穩定性較差；橋面采用格構式體系，造成其整體性不強；拱腳處各構件相互交錯，構造復雜，屬于應力較為集中的薄弱部位。此外，考慮到該橋的車流量較大，若定期封閉交通對其進行檢測與維護，既不現實也不經濟。因此，無論是從安全的角度出發，還是從經濟性上考慮，都有必要對其建立一套完整的結構健康監測系統。

2 系統功能與設計

2.1 系統的功能需求

目前，安裝的橋梁健康監測系統主要存在3個方面的問題：1)不同類型的傳感器缺乏統一的數據采集平臺，難以實現不同系統間的數據交換；2)不同待測物理量之間難以實現同步控制與采集，這使得系統的損傷識別與安全評估無法基于同步監測數據；3)監測傳感網絡與軟件系統不能有效集成，使得系統采集的海量數據無法得到及時充分的利用。為了克服這些問題，所設計的健康監測系統擬具備以下功能：

(1)針對不同類型的數據能夠進行同步控制與采集；

(2)能夠實現荷載及結構響應的長期、遠程、實時監測；

(3)能夠實現數據的自動存儲，并具備可視化的人機交互界面；

(4)能夠對環境荷載及結構響應進行分級實時預警；

(5)能夠對大橋進行損傷識別及安全評估，并提供合理的維護建議。

2.2 系統的整體設計

為實現伯官大橋結構健康監測系統的預期功能，首先對系統進行了總體設計，如圖2所示。整個

健康監測系統包括4個子系統，即：傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據管理子系統以及結構狀態評估子系統。其中前兩個子系統位于大橋現場，后兩個子系統則位于橋端的監測中心內。

圖2 沈陽市伯官大橋結構健康監測系統Fig.2 Structural health monitoring system for Shenyang Boguan Bridge

3 有限元分析

3.1 有限元模型建立

通過對橋梁進行有限元數值分析，可以確定橋梁結構的關鍵受力部位，為傳感器的選型和布設位置，以及各監測量閾值的設定提供依據。為此，本文首先采用橋梁結構有限元分析軟件MIDAS-CIVIL對伯官大橋建立了空間桿系有限元模型，如圖3所示。整個模型包括6 597個梁單元，174個桁架單元，1 518個板單元，6 365個節點。模型中混凝土拱肋、鋼拱肋、拱間橫梁、吊桿橫梁、樁基礎等采用空間梁單元模擬；吊桿和系桿采用桁架單元模擬；承臺和橋面板采用板單元模擬。為提高計算效率，將拋物線式拱軸線離散成若干直線段的空間梁單元；雙索面布置的吊桿通過換算截面特性按照單索面模擬；橋面系建模中，忽略二期鋪裝，將其以均布荷載的形式施加到吊桿橫梁的各節點上。約束條件的確定是建模中的又一關鍵環節，其中伸縮縫通過放松板端約束模擬；鋼混拱座與承臺之間的連接則采用彈性連接模擬；樁基礎底部固結，為精確模擬樁-土相互作用，樁基單位長度節點的邊界條件采用土彈簧模擬。

3.2 結構模態分析

模態分析可反映結構在外界激勵下的振動形態，對橋梁結構而言，往往是前幾階振型起控制作用，本次分析重點關注前10階模態。采用子空間迭代法對該橋進行模態分析，首先進行靜力計算，將預應力施加到結構上，然后將二期鋪裝、防撞墻、欄桿、人行道、綠化槽等二期恒載以均布荷載的形式施加到吊桿橫梁上，以考慮其對結構振動的影響。表1給出了模態分析得到的橋梁前10階模態頻率，包含了前3階水平振動、前3階扭轉振動和前4階豎向振動，振型如圖4所示。

圖3 伯官大橋有限元模型Fig.3 Finite element model of the Shenyang Boguan Bridge

表1 橋梁的前10階模態頻率Tab.1 The first 10 modal frequency values

4 傳感器子系統

4.1 傳感器選型及布置方案

根據橋梁模態分析結果可見，前10階振型中鋼箱拱腳、主梁和吊桿的振動幅度相對較大，相比其他部位，在外界激勵下更易發生振動破壞，因此選擇以下4個部位進行重點監測：1)吊桿內力監測；2)主梁振動監測；3)鋼箱拱腳應力監測；4)鋼箱拱位移監測。此外，考慮到風荷載是大橋承受的主要荷載之一，因此對風速風向也進行了監測。表2詳細列出了系統的監測項目、傳感器選型及布置數量。圖5為傳感器布設位置詳圖。

4.2 監測方案的具體實施

4.2.1 吊桿內力監測

吊桿是拱橋的關鍵受力構件，易于受環境腐蝕和疲勞損傷而發生斷裂，如綦江彩虹橋、宜賓南門大橋、運村大橋等均由吊桿斷裂而導致垮塌。因此對吊桿內力進行實時的跟蹤監測顯得非常必要，這是本次監測的一個重點。如所周知，由于拱肋變位和橋面變位等因素影響，短吊桿比長吊桿更容易產生彎曲和剪切變形，使得短吊桿受力更加復雜且不利［12］。同時，考慮吊桿本身的受力大小，應選擇內力較大的短吊桿進行內力監測。

圖4 橋梁的前10階模態振型Fig.4 The first 10 modes of the bridge

表2 監測項目及傳感器的類型Tab.2 Monitoring items and sensor type

該橋在成橋時施工監控單位利用油壓千斤頂法對吊桿內力進行了測量，本文則利用建立的有限元模型對吊桿內力進行了數值計算，如圖6所示，可見施工監控測得的吊桿內力、數值計算得到的吊桿內力與吊桿內力設計值基本吻合，從而也說明了有限元模型建立的精確性。綜合上述三者結果可知，各跨最端部的吊桿內力最小，其余吊桿內力分布相對較為均勻。考慮到各跨每端部第2根吊桿長度相對較短，因此選擇這些吊桿進行內力監測，其中3#跨跨度大，吊桿數量多，為保證監測結果的可靠性，又選取了另外兩根吊桿進行監測。本次監測共選擇了20根吊桿進行監測，測點為圖7箭頭所指吊桿。

圖5 伯官大橋傳感器布置位置圖Fig.5 Distribution of sensors in Shenyang Boguan Bridge

圖6 橋梁吊桿內力分布圖Fig.6 Internal force distribution of the suspender

目前，吊桿內力測試通常采用油壓千斤頂法、壓力傳感器法和振動頻率法等，其中前兩種方法僅適用于吊桿張拉過程中的內力測試，而對成橋狀態的吊桿內力進行監測，振動頻率法幾乎是唯一選擇。振動頻率法利用附著在吊桿上的高靈敏度傳感器，拾取吊桿在環境隨機激勵下的振動信號，經過濾波和頻譜分析確定吊桿自振頻率，然后根據索力與自振頻率的關系求得吊桿索力［13］。本次吊桿監測采用LC0101加速度傳感器。該橋為加強對吊桿的保護，在其外側包裹了一層哈弗護套。哈弗護套的存在給傳感器的布設帶來一定的困難，因此需要對傳感器支座進行特別設計。首先在哈弗護套上開一個矩形切口，將傳感器緊固在吊桿上，然后用自制的PVC護套對被切割位置進行防水密封處理。這種設計不僅沒有對哈弗護套造成過大的破壞，而且非常便于以后傳感器的檢查與維修，如圖8所示。

4.2.2 主梁的振動監測

對主梁進行振動監測，可利用獲得的橋梁結構的模態參數，對有限元模型進行修正，并可以對結構進行進一步的損傷識別和狀態評估。有效獨立法是目前土木工程結構中應用最為廣泛的傳感器優化布設算法。因此采用有效獨立法對加速度傳感器的最優布設位置進行了計算，這里分別給出了10，20以及30個測點時的傳感器布設情況，綜合考慮振型的可視性、對稱性以及施工條件的限制，最終選擇12個測點布設傳感器，即主跨的L/4，L/2和L/4位置和其余邊跨的中央位置，如圖9所示。本次監測同樣選擇了LC0101加速度傳感器，工程施工時，將傳感器固定于吊桿橫梁的預埋件上，如圖10所示。

4.2.3 鋼箱拱的應力監測

鋼箱拱由預應力鋼混拱座與鋼拱肋構成，鋼拱肋以一定角度與拱腳處的預應力鋼混拱座相接在一起形成復雜的三維空間拱肋體系。鋼箱拱主要承擔吊桿傳來的橋梁自重及車輛荷載，是重要的承載構件。為保證鋼箱拱在服役期間的安全，應對其應力進行實時監測。傳感器的具體布設位置將直接影響監測數據是否能夠正確反映鋼箱拱的服役狀態。為了選取合理的測點，采用有限元模型對鋼箱拱受力狀態進行了三維數值模擬，有限元模型如圖11(a)所示。圖11(b)為鋼箱拱的應力分布圖，可以看到在自重及車輛荷載作用下，鋼混拱座頂部應力較大。同時考慮到鋼混拱座為不規則的實體構造，而鋼混拱座頂部又為兩種不同材料構件的連接處，所以預應力鋼混拱座頂部即為鋼箱拱最為薄弱的部位，應對其應力進行重點監測。

圖7 吊桿內力測點布設方案Fig.7 Monitoring points layout for the suspenders

圖8 加速度傳感器的安裝與保護Fig.8 Installation and protection of accelerometer

圖9 主梁加速度傳感器布設方案Fig.9 Accelerometers layout for main beam

應力監測通常采用電阻應變片、振弦式應變計、壓電陶瓷和光纖光柵傳感器等方法，其中光纖光柵傳感器具有精度高、壽命長、耐腐蝕和潮濕、抗電磁干擾等優點，非常適合橋梁結構的長期在線監測。本系統采用自主研發的光纖光柵應變傳感器對鋼混拱座的應力進行監測，同時使用光纖光柵溫度傳感器進行溫度補償。由于光纖光柵傳感器比較脆弱，在施工中容易遭到破壞，因而將其封裝在一個自制的PVC套管內，這樣既保護了傳感器的尾纖，同時可以避免溫度傳感器與混凝土接觸，構造如圖12所示。

圖10 安裝在主梁上加速度傳感器Fig.10 Accelerometer installed on the girder

圖11 鋼箱拱有限元分析Fig.11 Finite element analysis of steel box arch rib

4.2.4 鋼箱拱位移監測

鋼箱拱的空間位置是衡量該橋是否處于正常服役狀態的一個重要標志。若鋼箱拱的空間位置發生變化，必然影響大橋的承載能力及構件的內力分布。因此對鋼箱拱位移進行監測，能從整體上把握橋梁的整體性能。考慮GPS中的RTK(Real Time Kinematic)技術具有高效、快速、全自動、全天候、高精度等優點，非常適合大橋在惡劣環境下的位移監測［14］，因此本項目采用GPS對鋼箱拱位移進行在線監測。利用有限元模型對鋼箱拱位移進行了數值模擬，發現3#跨鋼箱拱頂端的豎向位移最大，橫向位移可忽略不計，而4#跨鋼箱拱頂端的豎向位移稍小于3#跨，但橫向位移卻遠大于3#跨，說明3#跨拱頂橫向風撐的設置大大減小了拱肋的橫向位移。因此將位移測點布設在未設橫向風撐的4#跨鋼箱拱頂。鋼箱拱位移監測共采用了一臺GPS基準站及兩臺GPS流動站，圖13為安裝在鋼箱拱頂部的GPS天線。

4.2.5 風速風向監測

在大橋運營過程中，風荷載是結構產生動態響應的重要影響因素。因此，對橋梁風荷載進行了重點監測與研究。考慮到沈陽的霜凍天氣時間較長，選擇了具有防冰霜涂層設計的RMYoung 05103-45風速風向傳感器，其量程與精度均滿足工程實際要求，如圖14所示。

圖12 光纖光柵傳感器的安裝與保護Fig.12 Installation and protection of FBG sensor

圖13 安裝在橋梁上的GPS流動站Fig.13 GPS rover station installed on the bridge

圖14 安裝在橋梁上的風速風向傳感器Fig.14 Anemometer installed on the bridge

5 系統的開發與集成

本系統采用模塊化設計，首先對各子模塊進行相對獨立的開發，然后采用Lab VIEW對各子模塊進行集成。圖15給出了系統的可視化界面，采用LED顯示方式，點擊軟件上橋梁任一測點位置的LED燈，系統即可顯示該傳感器的監測數據及變化趨勢。此外，該系統具有數據自動分類存儲功能，用戶指定基本存儲路徑后，系統自動按“年-月-日-系統時間”的順序建立子目錄，方便用戶在海量數據中調用需要的文件。

圖15 沈陽伯官大橋結構健康監測系統界面Fig.15 User interface of structural health monitoring system for Shenyang Boguan Bridge

5.1 數據采集與傳輸子系統

數據采集與傳輸子系統由數據采集單元和數據傳輸網絡組成，主要功能是實現多種物理量信號的采集、調理及預處理，并通過光纜傳輸到監測中心。

5.1.1 數據采集單元

光纖光柵傳感器和加速度傳感器為本系統布設的主要傳感器，若分別用不同的數據采集系統對兩類傳感器信號進行采集，則兩類信號的分析相對獨立，難于實現數據交換。因此，為實現上述兩類傳感器基于同一采集平臺同步采集數據的功能需求，基于NI CompactRIO平臺與Lab VIEW軟件自主研發了光纖光柵與加速度傳感器同步采集系統。NI Compact RIO平臺主要由3部分組成：數據采集模塊、可重配置現場編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱FPGA)和實時控制器。分別采用不同的數據采集模塊對兩類傳感器信號進行采集；基于FPGA的可編程邏輯陣列，對兩類數據采集模塊，設計同步執行的邏輯電路，以實現兩類信號的同步采集；使用實時控制器模塊將采集到的數據實時傳送到上位機中，并根據上位機的指令控制FPGA及實時控制器的運行［15］。Lab VIEW軟件可與Compact RIO平臺無縫銜接，因此使用Lab VIEW編寫該同步采集系統的控制程序，包括FPGA程序、Real-Time程序和上位機程序3部分。FPGA程序可直接對Compact RIO平臺上的FPGA模塊進行配置，并針對不同類型的數據創建不同的先進先出數據緩存器(First In First Out，簡稱FIFO)，實現數據的同步采集與儲存；Real-Time程序從FIFO中讀取數據，按照數據類型和采集時間，給數據加入標識，然后將數據打包傳送至上位機程序；為實現多狀態的連續跳轉，上位機程序采用狀態機架構，將接收到的數據包解壓后，將不同類型的數據發送到相應的數據處理程序，以實現數據的分析、顯示及報警等功能。圖16為同步采集系統的原理示意圖，該系統實現了全橋120個光纖光柵傳感器和32個加速度傳感器的同步控制與采集，保證了兩類傳感器的協調工作。

5.1.2 數據傳輸網絡

數據傳輸網絡由一級、二級和三級網絡構成，如圖17所示。一級網絡實現信號采集，考慮到傳感器分布位置及傳輸信號衰減等因素影響，將數據采集裝置安放在大橋的鋼箱拱內；二級網絡將所有信號轉化為光信號，經過光纖光纜傳輸網絡，由大橋現場傳輸到監測中心；三級網絡主要實現監測數據的遠程訪問與管理，遠程客戶端經過因特網連入本地系統，使得大橋管理部門既可以在大橋監測中心也可以在遠程客戶端對監測數據進行管理。整個信號傳輸網絡均基于TCP/IP標準設計，保證了系統的網絡協調性。

5.2 數據管理子系統

數據管理子系統由安裝在監測中心的高性能數據庫服務器組成，其功能主要包括快速存儲實時監測數據，實現各功能模塊間的數據交換以及與因特網相連以實現遠程監測。本健康監測系統共布設了156個傳感器，每天24 h連續實時采集，數據量巨大且數據類型繁多，如何對其進行有效的管理直接關系到整套系統的運轉效率。本項目采用大型網絡數據庫SQL Server 2000作為中心數據庫，在Lab-VIEW開發平臺上進行集成，使用數據庫連接工具包(Database Connectivity Toolkit，簡稱DCT)作為Lab VIEW對SQL Server 2000數據庫的訪問工具。DCT具備多種功能模塊，可方便實現數據庫的存儲、查詢、修改及遠程訪問等操作。針對不同類型的數據，分別建立不同的數據表。實時監測數據及數據分析結果，將被分類存儲到相應的數據表內。圖18為DCT訪問數據庫的流程圖。圖19為數據分類存儲的程序框圖。

圖16 光纖光柵與加速度傳感器同步采集系統原理示意圖Fig.16 The schematic diagram of synchronous acquisition system for FBG and accelerometer

圖17 數據傳輸網絡構架圖Fig.17 Diagram of data transmission network

圖18 DCT訪問數據庫的流程圖Fig.18 Flowchart of DCT accessing database

5.3 結構狀態評估子系統

結構狀態評估子系統由安裝在監測中心內的高性能計算機組成，其功能主要包括監測數據的深度分析與處理，結構異常響應的自動診斷及預警，大橋有限元模型的修正以及結構安全狀況的有效評估。本系統由4個功能模塊構成：自動預警模塊、模型修正模塊、狀態及損傷識別模塊、安全評估模塊。圖20給出了本系統運行的流程圖。

(1)自動預警模塊：采用指示燈及聲音預警、手機短信和E-mail相結合的方式進行報警。根據結構分析方法合理設定結構各參數的報警閾值，當監測數據經過系統處理超過設定的閾值時，系統將自動啟動報警功能。

(2)模型修正模塊：利用系統實測數據對大橋有限元模型進行及時的修正，使有限元模型能夠準確地反映和預測結構的動態響應，為結構狀態識別及安全評估提供參考數據。

(3)狀態及損傷識別模塊：基于多尺度小波變換的損傷識別算法，采用在Lab VIEW平臺調用MATLAB小波分析的方法，對大橋重要構件的狀態參數及損傷情況進行自動識別，并給出適當的維護建議。

(4)安全評估模塊：結合現場巡檢結果，采用基于變權的層次分析法，對橋梁的安全狀態做出評估，并生成結構健康狀態評估報告。

圖19 數據存儲的程序框圖Fig.19 Flowchart of data storage

圖20 結構狀態評估子系統運行流程圖Fig.20 Flowchart of structural condition assessment subsystem

6 結束語

為保證伯官大橋施工及服役期間的安全，結合大橋的結構特點，對其建立了一套完整的結構健康監測系統，得出以下主要結論：

(1)建立了伯官大橋的三維空間有限元模型，通過結構模態分析，找到了結構的薄弱部位，為傳感器選型及測點布設提供了依據。

(2)詳細介紹了傳感器的選型及測點布設方案，開發了光纖光柵與加速度傳感器同步采集系統，實現了兩類信號的同步精確采集，保證了兩類傳感器的協調工作，為結構狀態識別及安全評估奠定了基礎。

(3)整套結構健康監測系統采用模塊化設計，首先對各個子系統分別進行設計與實現，然后基于Lab VIEW軟件開發平臺進行系統集成，實現了監測傳感網絡與軟件系統的有效集成，為實現系統預期功能奠定了基礎。

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Design and development of structural health monitoring system for long span skew arch bridge

LI Hong-nan，TIAN Liang，YI Ting-hua，REN Liang
(School of Civil Engineering，Faculty of Infrastructure Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116023，China)

Shenyang Boguan Bridge is the first half-through 6-span X skew arch bridge in China.To ensure the safety during its construction and service，a complete set of structural health monitoring system is designed and installed on it.In this paper，the schemes of instrument selection and placement of measuring points，as well as the function，composition and realization of the monitoring system including the sensor subsystem，data acquisition and transmission subsystem，data management subsystem and condition assessment subsystem are introduced in detail.To satisfy the high-standard requirement of the quantity，distribution，measuring accuracy and synchronism，a set of distributed data synchronous acquisition instrument for structural health monitoring is self-developed，which realizes the accurate synchronous acquisition between multi-type sensors and multiterminal instruments.This monitoring system has provided an effective means of real-time monitoring responses，on-line mastering the performance and reasonable planning the maintenance of the bridges.

arch bridge；structural health monitoring；finite element analysis；data synchronous acquisition；system integration

U445.7；U447

A

1004-4523(2015)04-0574-11

10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2015.04.010

李宏男(1957—)，男，長江學者特聘教授。電話：(0411)84709539；E-mail：hnli@dlut.edu.cn

2014-01-13；

2015-04-14

國家自然科學基金創新研究群體基金資助項目(51421064)；國家自然科學基金科學儀器專項(51327003)；國家優秀青年科學基金資助(51222806)