我国大跨度桥梁结构健康监测系统研究与应用现状

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1、91．我国大跨度桥梁结构健康监测系统研究与应用现状孙利民孙智淡丹辉张启伟于刚(同济大学土木工程防灾国家重点实验室)摘要：本文统计了我国大陆及香港地区约40座已建和即将建成的大型桥梁的健康监测系统的主要构成和技术指标。在简要回顾近年来大跨度桥梁工程主要病害的基础上．着童介绍了大跨度桥梁中结构健康监测系统的应用、先进的传藩传输和系统集成技术以及异常信号处理和状态评估技术等。最后．对今后结构健康监测系统应用中需要解决的问题做了展望．提出了10项重点研究课题．即：(1)桥梁健康监测系统的设计技术：(2)桥梁体系的易损性分析：(3)大跨度桥梁的变形置测技术；(4)

2、拉索应力和锈蚀监测技术：(5)交通荷载作用下钢结构桥梁的疲劳监测技术：(6)无线传感技术和数据传输技术：(7)传感器系统和数据传翰系统的耐久性；(8)系统的集成：(9)基于结构健康监测系统的结构状态评估理论与方法：(10)结构健康监测系统的设计规范指南。关键词：大跨度桥梁结构健康监测系统现状研究展望1绪论近二十多年来，我国(包括香港地区)已经建成了100多座大跨度桥梁，保证大跨度桥梁建成后的正常运营已成为桥梁工程界特别是桥梁管理部门关注的主要问题之一。目前已建桥资助项目：科技部973项目《灾害环境下重大工程安全性的基础研究}(2002CIMl2709)I

3、国家自然科学基金重点项目《重大工程结构健康监测及其集成系统i(50538020)}国家自然科学基金重大国际合作研究项目《重大工程结构的智能健康监测研究》(50420120133)；国家自然科学基金面上项目《小波基模态分析和特征提取技术及其在桥梁健康监测中的应用1(50508027)}教育部高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目《基于结构健康监测的桥梁全寿命养护管理系统关键理论与技术研究》f交通部西部科技项目《桥梁索缆结构安全性、耐久性评价体系与维护技术》}上海市科委科研项目《采用光纤光栅及无线智能传感技术的桥梁结构健康监测系统研究M03dzll003)

4、；上海市科委科研项目《外海跨海大桥健康监测系统开发研究与应用M04dz212041)。663梁在结构损伤和功能退化方面已显现出一些问题，如斜拉索或预应力索中钢丝腐蚀和断裂、混凝土构件开裂及非结构构件(如路面、伸缩缝、泻水管)的退化破坏等。桥梁运营阶段出现的这些问题可能归咎于建设速度过快、设计规范不完善以及经济高速增长下过快的交通量的增加等原因。有专家认为，在发达国家交通基础设施建设高峰30～50年后出现的养护维修高峰可能在我国会提早到来。因此，对新建大跨度桥梁布设健康监测系统具有重要意义。2我国大跨度桥梁结构健康监测系统的特点2．1结构健康监测系统的目标

5、与国外大桥的结构健康监测系统相同，我国建立的大跨度桥梁结构健康监测系统通常有如下目标：(1)全面获取桥梁运营状况的信息，用来评估结构的安全性、耐久性和使用性；(2)对设计假定和设计荷载进行验证，为完善设计规范提供依据；(3)为桥梁养护、维修和管理的决策提供依据。桥梁的结构健康监测系统一般具有以下功能：(1)能够自动实时监测环境条件和桥梁结构的物理及几何状态，如荷载和关键构件的物理特性等，向管理部门传送监测结果的数据和图表；(2)能够跟踪监测结构状态并对桥梁结构的异常反应做出紧急警报；(3)能够评估结构的静力和动力安全性、耐久性和使用性，并对结构异常进行识

6、别，为大桥的维护管理决策提供依据。监测内容主要依据桥梁的物理特性、结构特性以及桥址环境状况而定。桥梁的几何状态和静力动力响应、环境和交通状况都是结构健康监测的监测对象。国内外～些大跨度桥梁已经安装了桥梁监测系统。然而，目前已建的监测系统的实际效果还有许多不尽如人意之处。由于现有监测技术和费用的限制，要监测与结构退化以及结构安全性相关的所有重要部位是不可能的。另外，在桥梁结构的真实状况和所测得的参数之间尚难以建立令人满意的对应关系，如何以有限的测点尽量获取与结构退化及安全性真正相关的信息，以及如何有效利用这些信息来评估结构状态仍是大家所关注的研究难点。2．

7、2我国桥梁结构健康监测系统的特点由表1可见，我国已约有40座桥梁安装了或即将安装结构健康监测系统‘h21，其中多数系统是2000年以后建成的。国内桥梁初期安装的监测系统多是传感器为数不多的简单系统，其中一些系统经过几年的运行后根据桥梁管理部门的要求进行了升级。近年来，新建桥梁健康监测系统的设计和实施越来越趋于规范化，几乎所有的大跨度桥梁都安装了或考虑安装健康监测系统∞“]。目前，国内健康监测系统具有以下特点：(1)一般来说，一个大跨度桥梁的健康监测系统由少则50、多则300个以上的传感器测点组成，其费用约占到桥梁总造价的0．5％"--2．0％；(2)监测

8、系统的设计理念越来越侧重于为桥梁的养护管理提供支撑，偏重监测内容和技术而轻视测试