桥梁健康监测系统的运用及发展_中交路桥科技有限公司

桥梁健康监测系统的运用及发展

更新时间：2021-04-10 17:51

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   1、引言
        新时代的持续发展，催动了桥梁规划及构建的跨越发展。在2014年末前，国内已建成或在建的桥梁数量已逾75.7万，长度超过了4257万延米。社会的综合性进步，提高了交运的需求额度，催动了诸如行车密度等系列数据的增大，同时需要或者有待维修的桥梁也多了起来。据初步统计，涉危桥梁数量近八万，占比一成以上，即没十座桥梁中便有一座是危桥 [1]。
        在系列或者多类型的基建中，桥梁需求的资金额度较大，使用时段一般很长，因此运营质量本身的重要性也非常明显。国内系列桥梁中，部分存有在用时段偏长，初始确定的承载额度较低，及部分车辆载货超过既定设计等系列风险现象，导致桥梁本身出现有诸如裂缝等风险问题和现象，已经难以应对目前的交通量需求，安全问题突出。当前对于桥梁的检查主要还是采用传统的定期检查方式，这种方式的检查间隔时间较长，往往是一年以上，无法做到对桥梁结构健康状况的实时监测，不能在桥梁发生异常情况时提供预警。因此，对于桥梁结构健康状态的监测是一项重要而紧迫的工作，特别是特殊结构、交通主干道的重要桥梁，桥梁结构的健康监控就尤为重要。
        2、桥梁结构健康监测系统发展现状
        结构健康监测系统指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性进行分析监测、评估，以实时监测桥梁结构性能变化。该类检测的重要诉求之一是当特定架构或者建筑在环境抑或本身情况发生问题的时候给予及时预警提示，确保既有损坏在事故发生前得到检测和重视，籍此提升在管维等方面决策的科学度，具有即时性的特征。[2]。
        监测系统总体架构以云计算技术为基础，采用无线专用传感器进行传输。

        目前桥梁监测系统的内容有[3]：
        （1）荷载（包括风、地震、温度和交通荷载）。所使用的传感器有：专门测速的仪器、专门测量温度的仪器、专门称量的仪器和专门度量地震尤其是较强等级地震的仪器。
        （2）几何监测。以桥梁架构中的系列部分是否出现位置方面的异常为客体进行的检测，主要关注桥塔沉降等风险现象及问题。所使用的传感器有：基于角度倾斜、位置异动、距离测量功能的仪器。
        （3）结构的静动力反应。假设在基于角度倾斜、位置异动等功能的特殊仪器在发挥具体作用跟踪相关情况变化踪迹；而应变仪的功能主要是针对应变本身，另外也涉及到应力方面。测力计主要着眼于张力情况，具体目标测量对象有主电等。加速度计的功能则重点考量在加速过程中系列构造之间的应变情况，借助相关系统的记录，获得系列对应数据。
        现在，国内配置有类似检测系统的桥梁数量尚不多，仅有数百座。而且，已经配置相关检测系统的桥梁所应用系统相对简单，主要着眼于传感器，构建时间较晚，普遍是二十一世纪以后的事情。不过，最近几年这种情况得到了部分改观，标准化等成了新的发展趋势，更重要的是相当一部分规模较大的桥梁都在酝酿配置相关系统。[4、5]。
        3应用实例
        广州市某匝道桥，跨径组合：E1~E6为一联（18+18+20+20+20.82）m；E6~E7为一联42.50m（全焊有翼U形加劲肋钢箱梁）；E7~E12为一联24+20+20.23+22+22.14）m；E12~E17为一联（21.33+21.9+22.22+22+19.75）m。
        2015年9月23日，管养单位在日常维修巡查过程中发现，该桥E6#墩箱梁牛腿左右侧面均存在1条斜向裂缝，裂缝宽度较宽。为确保桥梁结构安全，在桥梁维修加固之前，对该桥E6、E7箱梁牛腿的典型裂缝进行监测跟踪。

通过对2条典型裂缝于2015年10月10日至10月30日的监测，监测频率为每20min采集1次数据，裂缝宽度变化情况如下表1和图4~图5。可见，本次监测时间内，牛腿的裂缝宽度基本处于稳定状态。

        该桥梁结构健康监控系统为桥梁结构的正常运营提供了保证，为桥梁的管理和维修决策提供科学依据。并相对于传统的检测，创造了极大的经济效益。
        4存在问题
        就现在桥梁结构健康监测的研究发展水平来看，该系统仍然存在以下几个的问题[6]：
        （1）既用的计算方法有待优化，导致目前需要检测过多的动点，宏观体量偏大，数据繁杂质量偏低。在具体管理层面，目前在诸如查询等方面基本上没有形成较为系统而到位的信息系统，相当一部分数据无法得到有效而充分应用。
        （2）既有系统的规范度偏低，甚至缺乏这方面的明显导向。目前，在评估大跨度桥梁的时候，往往僵化搬用小桥梁的相关手段及方法。具体而言，该方法强化从外部关照大概形状，及对具体使用情况以定性思维进行粗略评估。在具体开发等事宜方面，目前并没有统一的规程及标准数据。
        （3）和基于管理的系统之间的对接存在一定问题。面对特定桥梁，尤其是构造相对复杂的个案，怎样推动实现部分和整个桥梁及多维度检测之间的结合，并且在合理结合中借助信息化技术推动自动化等态势的实现，还有在具体评估中如何协调桥梁本身的健康和使用过程中的安全这两大关键维度等等，均是学界关注的重点。
        5、发展趋势
        以国内若干在建桥梁所配备检测系统为客体，从整体上关照具体特征，得出国内在这方面未来应该主要有如下几个方向 [7]：
        （1）从复杂度有限而且容易局限在建筑主体的检测现实，先内在系统而且实现全覆盖的检测方向发展，并且最终具备整体性的综合特征。
        （2）从比较简单的数据采取及储存，向兼具下个阶段的处置及具体分析功能，未来出具的具体结果对于决策而言的价值会更高。
        （3）在技术层面会出现一个质的提升，相关器材的灵敏度等方面会更优。
        （4）特定系统的局限性将大为降低，甚至可为国际合作提供支撑。
        （5）基于操作而出具的界面等事宜将更为优良，而且会出现趋于中国本土化的转型。
        6、结语
        基于健康考虑的检测，主要是立足于非有线传感的相关技术等，可时性而非间断的检测或监控桥梁运行中的具体运营态势，进而即时性获得系列相关数据及背后的真实信息，在进行快捷分析的基础上判断健康情况，对就可靠维度进行深度评估，进而推动相关决策的科学化转型。还有就是，该检测还能在理论及理念层面推动桥梁设计水准的提升，并利于涉及桥梁系列问题尤其是新问题的破解，意义非常关键而广泛。不过，以为拟特定桥梁所处的环境及经营过程中遭遇到的情况很难准确预期，还有就是在既定寿命期限中对其本身的状态变化情况的关注度可能存在局限，所以相关研究目前并不深入，甚至可以说尚处于初步阶段，亟待进一步的深化及摸索，尤其是需要立足于漫长的检测或监控，推动理论研究的升华，进而为实务层面开拓可观的新空间。
        参考文献：
        [1]冯正霖.我国桥梁技术发展战略的思考[J].中国公路，2015（11）：38-41.
        [2]王晓东.浅析结构健康监测的现状与进展[J].经济技术协作信息，2007（21）：131-131.
        [3]秦权.桥梁结构的健康监测[J].中国公路学报，2000，13（2）：37-42.
        [4]周文松.大跨度斜拉桥健康监测系统研究与应用[D].哈尔滨工业大学，2005.
        [5]孙利民，孙智，淡丹辉，等.我国大跨度桥梁结构健康监测系统研究与应用现状[C]// 全国桥梁学术会议.2006.
        [6]赵文秀.桥梁健康监测系统的若干问题[J].世界桥梁，2008（4）：75-77.
        [7]王宇.桥梁健康监测系统研究现状与发展趋势[J].城市建设理论研究：电子版，2014

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