关于桥梁结构一体化实时监测系统研究

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1、桥梁结构一体化实时监测系统研究王义胜习明星俞文生（江西交通工程咨询监理中心南昌330008）摘要：目前桥梁工程施工过程中的施工监测和运营阶段的健康监测在很大程度上作为两个独立的技术进行研究，但两项措施的具体目标有着很大的相似性，采用结构一体化实时监测系统，使施工监控过程中的有关监测技术延伸至运营阶段，作为桥梁结构健康诊断技术的一部分，是长大桥梁结构监测发展的新方向。关键词：桥梁工程；施工监控；健康诊断；一体化实时监测0前言自20世纪50年代以来，世界桥梁工程取得长足发展，计算机“四新技术”和先进的结构计算设计理论、测试手段的应用，使得长大复杂桥梁在科学理论和关键技术方面有了重大

2、进展，很多专家学者现在正致力于这一技术的改进和创新，并取得了不少成功经验。从长远看，桥梁工程具有高度智能化、信息化和远距离自动控制的发展趋势，在桥梁的制造和运营过程中的信息技术应用，特别是桥梁工程施工监控和健康诊断技术研究已成为当今桥梁工程界关注的热点。0.1桥梁结构施工监控桥梁结构的施工监控主要是通过一定的手段，对桥梁施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内，确保成桥状态（包括成桥线形与成桥结构内力）符合设计要求。主要是对关键部位浇筑断面的变形控制、应力控制、稳定控制等来实现控制目标。0.2桥梁结构健康监测

3、桥梁结构的健康监测主要包括桥梁结构的局部检测和整体的健康监测。监测采用的方法主要是通过应用无损检测或测试技术来收集相关数据，识别结构和材料的性能和损伤，以判断结构在外部环境和交通条件下的物理力学状态，以及正常工作的可靠性等。1一体化实时监测系统的设想1.1意义桥梁在建造施工时的质量控制和维持其正常的安全运营与延长桥梁的使用寿命总是息息相关的，桥梁施工过程中的一些质量事故，特别是许多桥梁出现裂缝问题，使人们十分关注桥梁的施工监控问题。现行的桥梁施工技术规范中对桥梁施工的监测与控制都有具体明确的要求，以求建成的桥梁满足设计要求的结构内力及线型。随着桥梁的长期运营，以及外部环境的不断

4、变化，近几年来，已经到了桥梁破坏的高峰期，使人们逐渐认识到桥梁结构健康监测的必要性和迫切性。许多国家都尝试在桥梁施工阶段对重要桥梁安装永久性的实时结构整体安全报警系统，我国的广东虎门大桥、上海徐浦大桥、江苏江阴大桥等在施工阶段也已开始进行传感器的安装，以备将来运营期间的实时监测，希望通过早期桥梁病害的发现，及时采取处理措施，以节约桥梁的维修费用，避免突发性的破坏而造成桥梁结构的安全事故。1.2目标要实现一体化实时监测的构想，必须明确相应的工作目标，即具备能实现实时监测的元器件和监测设备，寻求能进行智能化数据处理的解决方案，最终能构成满足施工控制和健康诊断要求的一体化实时监测系统

5、。1.2.1元器件及相关设备由于应力监测是一个长期的连续的量测过程，要实时、准确地监测结构的应力情况，采用方便、可靠和耐久的传感组件非常重要，目前应力监测主要是采用电阻应变片传感器、钢弦式传感器等，但就其稳定性和耐久性方面要同时满足施工监控和健康诊断的要求还有很大的局限性。光纤光栅传感器的应用为桥梁工程等进行实时安全、温度及应变监测提供了一种非常实用的技术。以光纤光栅技术为基础的光纤光栅传感器与传统的电传感器相比具有非常明显的技术优势，主要表现在：1、可靠性好，抗干扰能力强，能用于恶劣的化学环境下状态；2、传感头结构简单、尺寸小，适用于各种应用场合；3、可复用性强，采用多个光纤

6、光栅传感器，可以构成分布式光纤传感网络，具有工程化的特点。近年来，压电式传感器受到广泛重视，它是一种典型的双向传感器，能有效地应用于桥梁施工状态以及服役状态、应变（应力）与动态几何监测的重要传感设备。以上两种设备能更好地适应施工控制以及运营阶段的长期应力监测需要。1.2.2系统解决方案为了方便测出结构的温度变化或应变值，办法之一就是建立多通道传感系统网络，以实现多点测量以及找出唯一参数变化的对应值。为有效地实用于施工监控和健康诊断，在结构成型过程中埋设智能化读数模块，并进行必要的维护，通过信号传输技术连接在计算机上，实现24h不中断测量，桥梁建成后，组成桥梁的监控系统，对关键部

7、位实时跟踪测试，通过相关的接收设备和智能化处理系统进行数据处理，利用专家技术系统进行结构评估，达到健康监测的目的。但这些设备造价通常比较昂贵，相关成本较高。1.2.3数据处理智能桥梁结构的智能计算问题，不仅是一个多目标过程，而且各目标之间还存在一定的因果关系，因而，一个完善的实现方案应该是既能完成多个目标的计算，又能通过对其内部这些因果关系，同时还要考虑智能计算机的实时性特点，使系统具有自动适应和自动调节的能力，从而满足桥梁施工监控的需要，实现桥梁的自动损伤识别，并以此为依据做出进一步的结构