大跨度桥梁健康监测的研究现状及发展.pdf

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1、检测与监理广东建材2010年第7期大跨度桥梁健康监测的研究现状及发展杨舜龙·刘光万2(1广东揭阳市揭西公路局；2华南理工大学土木与交通学院)摘要：大型桥梁健康监测是目前国内外土木工程领域的研究热点。本文对桥梁结构健康监测系统的组成、结构和功能等进行深入分析，介绍了人跨度桥梁健康监测系统的一般设计准则，总结了桥梁健康监测存在的问题，并展望了大型桥梁健康监测的发展趋势。关键词：健康监测；桥梁；损伤识别；传感器新材料的出现和施工技术的进步使得桥梁结构日益向大跨度方向迈进。随着跨度的增大，许多问题随之而来，其

2、中安全性问题尤为突出。当桥梁出现了破损，如果不及时准确的对损伤进行检测与修复，将会危及人民群众的人身安全，造成国民经济的重大损失。因此，为了保障大型桥梁结构的安全性以及耐久性，急需采用有效的手段监测和评定其安全状况、修复和控制损伤，而桥梁健康监测系统正是在这样的工程背景下应运而生。桥梁健康监测系统可以较全面地把握桥梁结构建造与服役全过程的受力与损伤演化规律，是保障大型桥梁的建造和服役安全的有效手段之一[1】。本文主要对桥梁结构健康监测系统的组成、结构和功能等进行深入分析，并介绍大跨度桥梁健康监测系统的

3、一般设计步骤。1桥梁健康监测的基本思想大型桥梁结构健康监测系统与传统检测方法的差别在于系统的实时性、自动化、集成化和网络化n】。桥梁健康监测的基本思想就是通过对桥梁结构进行检测，基于桥梁的实时响应，利用损伤识别的方法对结构的损伤位置和程度进行诊断，达到对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力等方面评估的目的，并建立桥梁状况异常时的预警子系统，为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据和指导。大型桥梁健康监测系统的特点不单单是传统的以人工方法为主的检测方法的简单改进，而是运用现代化传感设备与光电通信技术及计

4、算机技术，实时监测桥梁在工作环境条件下的结构响应和行为圆。在传统检测方法中，主要是基于桥梁的静力行为进行评估与损伤诊断，由于往往达不到实时预警，而大型的桥梁健康监测通常基于结构的动力性能参数进行损伤识别，对桥梁损伤位置和程度的诊断效果明显提高。一般大型桥梁健康监测系统对以下几方面进行监——154—-控：①结构的固定模态及其相对应的结构阻尼：②桥梁在正常车辆荷载及风载作用下的结构响应和力学状态；③桥梁在突发事件(如强烈地震、意外大风或其它严重事故等)之后的损伤情况：④桥梁结构构件的真实疲劳状况；⑤桥梁重

5、要非结构构件(如支座)和附属设施(如斜拉桥振动控制装置)的工作状态；⑥大桥所处的环境条件，如风速、温度、地面运动等。与传统的人工检测技术不同，桥梁健康监测桥梁力求对结构进行整体行为的实时监控和结构状态的智能化评估，具备自动识别和警告损伤的能力圆。从桥梁健康监测的基本思想可知，其除了具有结构状态监控与评估的作用，还可以反过来验证结构设计，并基于监测对象的设计概念与实时响应提出优化设计的理论。2桥梁健康监测系统构成与设计2．1桥梁健康监测系统构成大型桥梁健康监测系统主要包括四个子系统：智能传感器子系统、数

6、据采集与处理及传输子系统、损伤诊断子系统、数据管理子系统[¨。桥梁健康监测系统的基本工作流程如图l所示。囊--H；蠢氟。宅虿L!旦竖苎J撰伤识l鬻H黼卜臂刺、攥羹曩《鲁网●正与安全评定子予．童全一定广：．=：：=]曩最娩娩’I三翌苎l：⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．j图1健康监测系统基本工作流程图[tl其中传感器子系统为硬件系统，该系统是桥梁健康监测的基础，它是由传感器、二次仪表及工控机等硬件所组成。通过传感器子系统的硬件功能，直接获取桥梁结构在各种荷载下的响应，再通过数据采集与处理及传

7、广东建材2010年第7期检测与监理输子系统对这些响应数据进行分解、变换，以获取损伤诊断所需要的参数。损伤诊断子系统包括损伤识别、安全评估和预警模块。桥梁结构损伤识别是基于数据采集与处理及传输子系统所给出的对桥梁结构损伤敏感的参数，利用结构损伤理论，判断结构是否受到损伤，并指出结构损伤位置和损伤程度，为判断结构能否继续使用及其剩余寿命估计提供决策依据。因此，桥梁结构损伤识别可分为三个步骤：①判断桥梁结构是否发生损伤：②进行桥梁损伤定位；③诊断桥梁的损伤程度。而安全评估模块的作用是基于桥梁损伤识别的结果评

8、估桥梁当前的工作性能和剩余寿命。若结构出现异常行为，则由预警模块发出预警信号。数据管理子系统的功能等同数据库，它储存和管理桥梁的建造信息、几何信息、采集的信息和分析结果等全部数据，它是桥梁健康监测系统中的大脑，负责健康监测系统中数据的输出与输入。2．2桥梁健康监测系统设计准则健康监测系统的设计对于大型桥梁健康监测是至关重要，但由于对各监测系统的投资额和建立各个系统的目的的不同，各个桥梁的监测系统的监测项目与规模存在很大的差异。首先，监测系统的设计应考虑建