桥梁结构健康监测与损伤识别技术

桥梁结构健康安全监测与损伤识别技术Bridge Structural Health & Safety Monitoring and Damage Identification

李乔单德山唐亮

内容

桥梁事故

结构健康监测（SHM）的基本涵义 SHM基本架构

SHM系统设计

SHM实例

西南交通大学BSHM的解决方案

SHM的发展趋势

近年来，桥梁垮塌事故时有发生；

桥毁人亡的灾难性安全事故，使人民生命财产蒙受巨大损失，也造成恶劣的社会影响；

在GOOGLE中搜索“桥梁&事故”，有1,430,000项之多符合搜索结果；

1999年1月4日，重庆市纂江县彩虹桥整体垮塌；死亡40余人

2000年8月27日，台湾省高屏大桥突然拦腰断裂；导致17辆汽车坠落高屏溪，22人受伤。

2001年11月7日，四川宜宾小南门金沙江大桥两端先后发生断裂

2004年6月10日，辽宁田庄台辽河大桥整跨断裂

2006年12月09日，位于北京顺义城

北潮白河支流减

河上的悬索桥，

在荷载试验时全

桥坍塌

2007年10月23日，包头市民族东路至丹(东)拉(萨)高速公路包头出口的高架桥发生倾斜坍塌。

美国：北京时间2007年8月2日7时10分)，美国明尼苏达州明尼

阿波利斯市的一座桥梁发生坍塌。至少7人死亡，数十人受伤

桥梁事故 2009年6月29日凌晨2

时34分左右，铁力市

西大桥发生垮塌，至

少有6辆货车坠入呼兰河，7人死亡。

垮塌的大桥建于1973年，1997年曾进行安

全维修。

桥梁事故 2009年7月15日1时33分，津晋高速公

路港塘收费站800

米外匝道桥坍塌，5

辆载货车坠落，造

成6人死亡，4人受伤。

上述桥梁垮塌实例均在正常运营过程中发生

桥梁垮塌不仅国家造成了巨大的经济损失，而且给人们带来的恐惧的回忆，更给遇难者亲属带来难以磨灭的疤痕

这不得不引起社会对这些事故的深思……

桥梁作为客观存在有它特有的生命周期过程，它的“生老病死”如同人类一样，是客观自然规律。 如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，那将会大大减少事故的发生的几率。

再过10~15年，中国将进入桥梁结构的维修高峰。

▪交通部前总工工程师风懋润于2005年,中美桥梁论坛

基本涵义 类比人看病 系统的组成 测试分类 过程

好处

使用各种测控技术来评估结构的使用性能

南京长江第三大

桥的健康监测系

统。该系统是目

前国内外大型桥

梁健康监测中最

为完善的系统之

一。

1

自动化数据采集

2

实时性自我诊断

3

及时的状态评估智能化

自动化、网络化的数据采集

与处理基于结构力学、

物理等性能的

损伤识别

结构可靠性分

析、强度贮备

分析

结构健康监测的出现是以下因素导致的▪需求的增加

•新材料和创新设计的监测

•既有结构的更好管理

▪科技支持和发展

•新型传感器

•数据采集

•网络技术

•数据传输、集中、归档和提取系统—数据库技术

•数据处理与事件识别

SHM 的基本涵义

传感器系统数采与传输信号分析处理

评估方法

•

现场的无损评估•安全性•使用性•……

损伤识别

•

动力•静力

•

有反演•无反演•……

结构健康监测SHM

安全性、强度、整体、性能

类比：SHM与人看病

医生

▪监控病人的健康

▪使用医疗设备检查病

人的整体健康情况

▪如有需要，开出处方

进行治疗 SHM工程师

▪监控结构的状态

▪使用传感器检查结构

的整体情况

▪如果应力超限、变形

过大，报警并处理

状态评估子系统

损伤识别子系统数据处理与控制系统数据采集与传输系统

桥梁结构

智能健康监测系统

传感器子系统

实时性自动化集成化网络化

数据采集

数据通讯

数据智能处理

处理后数据的储存数据查询

诊断

SHM的测试分类

现场静力测试

▪行为试验

▪诊断试验

▪验证试验

周期性监测

▪包括现场测试

▪确定结构是否发生

变化的试验 现场动力测试

▪动应变

▪环境振动测试

▪动力放大系数测试

▪跳车试验

连续监测

▪主动监控

▪被动监控

SHM的过程Level IV

Level III Level II Level I

处理方案（治病措施）

损伤程度（病的程度）

损伤定位（生病的部位？）

出现损伤（是否生病？）

SHM的好处

加深现场结构的理解

早期损伤诊断

确保结构的强度与使用性 减少巡检和维修的次数

建立合理的维护/管理策略 提高维修资金的合理分配 促进新材料和新桥型的使用