1、 橋梁結構健康監測 目錄1. 橋梁結構健康監測的概念12. 橋梁結構健康監測系統12.1. 監測內容12.2. 數據傳輸22.3. 數據分析處理和控制22.4. 大型橋梁結構健康監測系統32.5. 橋梁結構健康監測的現狀與發展方向33. 橋梁結構健康監測系統的意義43.1. 橋梁結構健康監測系統的主要作用包括：43.2. 橋梁健康監測意義44. 現有橋梁結構監測系統存在的問題55. 結語5橋梁結構健康監測1. 橋梁結構健康監測的概念 交通是社會的經濟命脈，橋梁是交通的咽喉，交通不暢會制約社會的經濟發展，所以保障橋梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至關重要。為保證橋梁安全運行、避免嚴重事故發生,對

2、橋梁結構進行健康監測應運而生，橋梁結構健康監測是以科學的監測理論與方法為基礎，采用各種適宜的檢驗、檢測手段獲取數據，為橋梁結構設計方法、計算假定、結構模型分析提供驗證；對結構的主要性能指標和特性進行分析，及早預見、發現和處理橋梁結構安全隱患和耐久性缺陷，診斷結構突發和累計損傷發生位置與程度，并對發生后果的可能性進行判斷與預測。通過對橋梁結構健康狀態的監測與評估，為橋梁在各種氣候、交通條件下和橋梁運營狀況異常時發出預警信號，為橋梁維護、維修與管理措施提供依據，并通過及時采取措施達到防止橋梁坍塌、局部破壞，保障和延長橋梁的使用壽命的目的。 2. 橋梁結構健康監測系統 2.1. 監測內容 數據采集與

3、測量的內容主要為：變形(沉降、位移、傾斜)、應力、動力特性、溫度、外觀檢測等。 1) 變形監測 采取適宜的測量手段，對橋梁主體結構關鍵部位的沉降、位移、傾斜量進行監測。常用監測變形的方法有：導線測量法、幾何水準測量法、GPS測定三維位移量法、自動極坐標實時差分測量法和自動全站儀三維坐標非接觸量測等。 2) 應力監測 橋梁運營狀態中主體結構的應力變化是由于主體結構的外部條件和內部狀態變化引起的。外部條件主要有動荷載、氣候、侵蝕、撞擊和其他突發事件的作用等，而內部狀態有混凝土的收縮徐變、溫度變化及預應力損失等。應力監測數據可以定量性地反映出橋梁主體結構的內應力變化和性能變化情況。 3) 動力特性監

4、測 橋梁結構的動力特性與橋梁結構的剛度、質量、阻尼值及其分布有關，動力監測是在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規則振源的條件下進行，主要對橋梁結構由橋址處風荷載、水流等隨機荷載激振引起的微小振動響應進行測定。檢測項目主要為：主體結構的自振頻率、振型等。橋梁結構動力檢測方法主要有：固有頻率、應變模態、模態置信度判據、柔度矩陣、小波分析、遺傳算法等。 4) 溫度監測 通過對整橋溫度場的監測，可以設法消除溫度變化對某些監測過程或傳感器本身的測量精度的影響；可以了解橋梁結構在某種溫度場下的結構變形、內力變化等情況。 5) 表觀檢測 表觀檢測的主要內容為：橋梁混凝土裂縫、強度、碳化深度、外觀質量檢測、鋼

5、梁及金屬結構外觀及腐蝕檢測及支座、橋面鋪裝、伸縮縫、錨端連接等部位、部件的損壞情況觀察等。 2.2. 數據傳輸 穩定可靠的數據采集和傳輸對于保證監測系統的長期運行有著重要意義，同時是獲取有效、可靠的監測數據的前提，要注重并做好以下幾項關鍵性工作：（1）數據采集傳輸的同步是橋梁結構監測系統的關鍵性技術問題，是數據處理、分析和橋梁健康評估的基本前提條件。做到撓度、振動等子系統各點采集的時間同步性尤為重要。 （2）關于數據采集節點設備和傳輸鏈路的合理配置與優化。影響數據采集節點設備和傳輸鏈路可靠性的因素相當復雜，必須研究設計和重點考慮系統合理的配置和優化。 （3）關于系統數據采集過程中單點故障問題。

6、系統需要具有單點故障不影響控制網絡其他部分的功能。 （4）關于檢測系統自身故障的自檢與報警。系統能夠識別和檢查出傳感器故障、電流回路泄漏、對不可信信號電頻的捕獲和子系統故障等，并能在系統主機上給出相應的報警信息。 （5）關于數據可靠性檢驗的問題。系統具有能夠對所監測數據進行自檢、互檢和標定的功能，是保障原始數據可靠性的重要手段。 （6）關于實現遠程監控的問題。通過因特網技術可以使橋梁管理者或橋梁專家在異地對系統實現遠程監控和數據分析，是橋梁結構健康監測系統的新需求。 2.3. 數據分析處理和控制 數據分析處理與控制是指對獲得的數據信息進行收集、整理、加工、存貯及傳播等一系列活動的總和。它的基本

7、環節是進行數據的組織、存貯、檢查和維護等工作。這些工作是數據處理的中心問題，一般稱之為數據管理。二十世紀六、七十年代以來，數據管理技術提高到了數據庫階段，計算機中的數據及數據的管理統一由數據庫系統來完成。數據庫系統的目標是：解決數據冗余問題；實現數據獨立性；實現數據共享；并解決由于數據共享而帶來的數據完整性、安全性及并發控制等一系列問題。2.4. 大型橋梁結構健康監測系統大型橋梁結構健康監測系統一般應包括以下幾部分內容： 1）傳感系統：由傳感器、二次儀表及高可靠性的工控機等部分組成。 2）信號采集與處理系統：實現多種信息源、不同物理信號的采集與預處理，并根據系統功能要求對數據進行分解、變換以獲

8、取所需要的參數，以一定的形式存儲起來。 3）通信系統：將處理過的數據傳輸到監控中心。 4）監控中心：利用可實現診斷功能的各種軟硬件對接收到的數據進行診斷，包括結構是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。傳感器監測到的實時信號，經過采集與處理曲通信系統傳送到監控中心進行分析和判斷，從而對結構的健康狀況作出評估。若結構出現異常行為，則由監控中心發出預警信號，并對檢測出來的損傷進行定性、定位和定量分析同時提供維修建議。 2.5. 橋梁結構健康監測的現狀與發展方向 橋梁結構健康監測系統對橋梁結構評估主要有三個方面：承載能力、營運狀態和耐久能力。承載能力是有關大橋結構或構件的極限強度、穩定性能等，其評估目

9、的是要找出大橋結構的實際安全儲備，以避免橋梁發生災難性的損毀。營運狀態評估與橋梁結構或其構件在日常荷載工作下的變形、裂縫、振動等有關，其評估結果有助于合理安排養護維修。耐久能力的評估則專注于大橋的損傷及其成因以及其對材料物理特性的影響。 目前的橋梁結構監測系統中存在著監測項目種類不足和個別項目的規模又過于龐大的情況。在監測數據的管理方面，沒有一個較為完善的數據存儲與管理系統，大量的監測數據得不到妥善的處理與利用。并且，現有的橋梁結構監測和狀態評估系統大多屬于單一的監測系統或者是單一的管理系統。 橋梁結構健康監測綜合評估系統在橋梁設計階段予以提前考慮并做出橋梁結構健康監測設計有著十分重要的積極意

10、義：設計人員可依據橋型設計理論和結構特點、四新技術的應用等方面采用適宜的監測理論、方法與手段，做出符合橋梁特點和系統的監測設計。橋梁結構健康監測設計與橋梁設計同時形成可及時、妥善地將相關監測軟、硬件在施工、運營過程予以配備與設置，使得監測系統的準備與運行工作做得更加充分與科學。 我國的橋梁結構健康監測尚處初期階段，隨著橋梁結構健康監測工作的深入開展，在遠距離監測、提高系統可靠性、完善數據處理和分析理論等方面還需要提高和完善，目前尚無現成的性能和數據評估方面的規范，因此探索并形成穩定、可靠的監測系統、明確各項參數指標、科學獲取與處理監測數據、形成監測規范等工作是橋梁結構健康監測今后的發展與努力方

11、向。 3. 橋梁結構健康監測系統的意義3.1. 橋梁結構健康監測系統的主要作用包括：1)設計驗證，確保橋梁安全； 2)及時發現橋梁損傷；3)為橋梁維護管理提供技術依據；4)輔助橋梁日常交通管理。盡管( 截止到2006年) 我們國家現有橋梁已經達到了50萬余座，但是有些地方的橋梁管理者對現有橋梁的管理仍然是被動式的，也就是當橋梁發生安全事故的時候才對橋梁進行維護( 檢測和加固) 這種被動式的管理不可避免的會帶來橋梁安全事故的頻繁發生。結構檢測與健康監測概況工程結構一般會受到兩種損傷：突發性損傷和累積性損傷。突發性損傷由突發事件引起，使損傷在短期內達到或超過一定限值；累積損傷則有緩慢積累的性質，達

12、一定程度會引起破壞影響安全和使用。健康檢測能夠在突發性損傷發生時及時做出判斷和警報，以便采取處理措施，防止發生進一步的破壞和引發其它事故。對于累積損傷，能夠定期對損傷的狀態做出描述，以便根據情況采取相應措施。 3.2. 橋梁健康監測意義 （1） 監控與評估橋梁健康檢測的基本內涵是通過對橋梁結構狀態的監控與評估，為工程在特殊氣候、交通條件下或運營狀況嚴重異常時發出預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據和指導。為此，監測系統通常對以下幾個方面進行監控：橋梁結構在正常環境與交通條件下運營的物理與力學狀態；橋梁重要非結構構件和附屬設施的工作狀態；結構構件耐久性；工程所處環境條件等等。 （2） 設

13、計驗證由于大型橋梁的力學和結構特點以及所處的特定環境，在大橋設計階段安全掌握和預測其力學特性和行為特性是非常困難的。因此，通過橋梁健康檢測所獲得的實際結構的動靜力行為來檢驗大橋的理論模型和計算假定具有重要意義。不僅對設計理論和設計模型有驗證作用，而且有益于新的設計理論的形成。 （3） 研究與發展橋梁健康監測帶來的將不僅是監測系統和某種特定橋梁設計的反思，它還可能并成為橋梁研究的現場實驗室。由于運營中的橋梁結構及其環境所獲得信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，而且可以提供有關結構行為與環境規律的最真實的信息。 4. 現有橋梁結構監測系統存在的問題 在目前已有的橋梁結構健康與安全監測系統中，明顯

14、存在監測項目種類不足，而個別監測項目規模又過于龐大，尤其在對監測數據的管理方面，還沒有形成一個較為完善的數據存儲與管理查詢系統，大量的監測數據得不到妥善的處理和利用。總結現有橋梁健康與安全監測系統的不足之處，主要體現在監測系統的總體規劃和橋梁結構健康監測及診斷的研究水平兩個方面。（一）在監測系統的總體規劃上主要有以下一些較為突出的問題：1）缺乏有效實用的優化算法造成測點數量巨大，系統規模過大導致數據量大、信息大量冗余；2）監控系統與管理系統未能實現無縫連接；3）結構安全評價系統研究多基于理論范疇，缺少工程實用性的研究；4）橋梁監測系統缺乏規范性指導原則。（二）就現在橋梁結構健康監測及診斷的研究水平來看，在技術層面上也有許多問題主要表現為：傳感器的優化布設是橋梁結構健康監測和診斷中的一個重要問題，應該做到使用盡量少的傳感器獲取盡可能多的結構的健康信息。開發適合橋