我国桥梁现状
据统计,20世纪90年代以来,我国新建桥梁总数已占全世界的47%,每年开工建设桥梁1万多座。截至2016年底,我国公路桥梁总数已达到80.53万多座,总长度4916.97万米,其中特大桥梁4257座(753.54万米),大桥86178座(2251.50万米)。
然而,正如人有生老病死一样,桥也相同。桥梁结构的使用期长达几十年甚至上百年,在其服役过程中,随着车辆、温度、风等环境载荷作用、钢筋腐蚀、冻融损坏、碱集料反应、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响,桥梁结构不可避免地将产生承载能力下降、损伤积累、耐久性降低;同时,在遭受地震、洪水、飓风、爆炸等自然或人为灾害时,桥梁也可能受到损伤,这些损伤如果不能得到及时发现,严重时甚至会发生灾难性的垮塌事故。
因此,为确保桥梁的结构安全、实施经济合理的维修计划、实现安全经济的运行及查明不可接受的响应原因,实时监测和预报桥梁结构的性能,及时发现和估计桥梁结构内部损伤的位置和程度,特别是在经历了导致结构损伤的事件后,立即对它们的健康状况做出评估是非常必要的。其对预测结构的性能变化和剩余寿命,做出维护决定;对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。
传统上,桥梁结构健康状况评估是通过人工目测检查或借助便携式仪器测量得到的信息进行的。人工检查可分为经常检查、定期检查和特殊检查。但人工检查方法在实际应用中有很大的局限性,美国联邦公路局的最近调查表明,由人工目测检查做出的评估结果有56%是不恰当的 。
与传统的人工检测方式(包括众多的无损检测技术)不同,大型桥梁的结构健康监测已经从原来只注重损伤发生后检查损伤的存在发展到重在诊断可能发生结构损伤或灾难的条件和环境因素,评估结构性能退化的征兆和趋势,以便及时采取养护维修措施。桥梁结构健康监测的内涵有了革命性的拓展,这是由交通运输的高速发展对大型桥梁的健康安全提出了更高要求所决定的。
相比于传统的人工检测方法,结构健康监测技术提高了对突发性损伤的发现速度,使累积性损伤的发展趋势推演成为可能;可以实现对隐蔽部位的观察;在大的损伤和异常事件发生时及时报警,同时监测系统相当于一个现场实验室,有助于验证设计,并指导今后类似桥梁的设计。
长大桥梁建养关键技术丛书
《桥梁结构健康监测与状态评估》
ISBN:978-7-5478-3784-9
出版时间:2018年1月
作者介绍
张宇峰,博士,研究员级高级工程师,在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室主任,苏交科集团副总工程师,国际智能结构健康监测学会(ISHMII)理事。主要从事桥梁施工控制、检测、健康监测与状态评估等技术科研工作。相继主持了40余项重大科研项目,苏通、马鞍山大桥等9座长江大桥在内的50余座大桥的结构健康监测系统设计与实施。曾获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖,江苏省科技进步一等奖、中国公路学会科学技术特等奖及其他省部级奖项。
李贤琪,博士,苏交科集团副总工程师,国内最早从事桥梁结构健康监测系统的设计、实施和运营的人员之一。对健康监测系统中的计算机软件的开发、传感器与数据采集技术、物联网技术、大数据分析有较深的研究和丰富的工程实践经验、先后主持了润扬、江阴、苏通、南京二桥、马鞍山大桥等数十座大跨度桥梁及中小桥梁健康监测系统的建立工作。曾获国家科技进步二等奖,获得专利及软件著作权十余项。