桥梁结构健康监测诊断理论与技术进展

茅以升基金会《桥梁健康监测及维修加固新技术研讨会》

桥梁结构健康监测诊断

理论与技术进展

济学桥利民

同济大学桥梁工程系孙利民

2011.3.19 昆明

内容提要

提要

我国近年桥梁工程发展回顾

桥梁常见病害与常规检测技术

大跨度桥梁结构健康监测系统

桥梁结构健康监测新理论、新技术

结语－土木工程基础设施养护工程展望

我国近年桥梁工程发展回顾

我国大跨度桥梁建设

•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。

近十多年来我国（包括香港地区）已经建成了100多座大跨度桥梁的梁式桥座，最大跨径桥梁为在建的重庆长大桥（）；•≥250m的梁式桥7座，最大跨径桥梁为在建的重庆长江大桥（330m）；

•≥400m的斜拉桥29座，最大跨径桥梁为在建的苏通大桥（1088m）；

•≥400m的悬索桥17座，最大跨径桥梁为在建的西堠门大桥（1650m）；

•≥400m的拱桥6座，最大跨径桥梁为在建的朝天门大桥（552m）

美国及日本桥梁龄构成已

建Japan, 70%, 20yrs 桥

梁

数

分

布︵%USA, 70%, 30yrs

︶

我国的公路桥梁建设情况

到2005年的15年期间，我国修建公路91万公里（含高速公路4.1•到2005年的15年期间我国修建公路91万公里（含高速公路41万公里），占2005年底全国总公路里程的44％，修建的桥梁数及桥梁合计总里程分别占相应总量的47％，66％。

•到2010年底，我国高速公路由“十五”期末的4.1万公里发展到

7.4万公里，五年新增3.3万公里（增80%），居世界第二位。已

74万公里五年新增33万公里（增80%）居世界第位已经建成公路桥梁65万座、计210万延米，已经超过美国成为世界上公路桥梁最多的国家

上公路桥梁最多的国家。

经济高速成长期建成的基础设施特点及养护需求•经济高速发展期建成的基础设施具有以下特点：量大集中质量大、集中、质量低。

•重大基础设施的服役期长，甚至超过经济高速发展持续期。

•高效合理地规划利用有限的资源，对基础设施进行养护管理是社会基础设施管理工程的主要目的。尤其是在进入经济发展进入平稳期社会人口老龄化等问题日益突出的后工业社会后诸多课稳期、社会人口老龄化等问题日益突出的后工业社会后，诸多课题需要研究和应对。

•目前的桥梁养护仍以传统的人工巡检为主，不能满足实际工程的要求，期待诸如健康监测系统等新的技术手段。

桥梁常见病害与常规检测技术

桥梁结构性能退化要因•钢筋混凝土桥：

•钢桥：锈蚀、疲劳

检测和监测的种类

•日常巡检：定性检测，目测为主。

•定期检测：日常巡检无法把握的构件和内容，定量把握。•详细检测：发现问题时。

•初期检测：竣工试验。

•临时检测：突发灾害后。

•健康监测：实时、自动、长期。

混凝土结构非破坏检测的种类和评价参数评价参数方法分类

材料质量强度·弹模回弹法

超声波法

冲击弹性波法其他

弹性波法弹性波法

打音法弹性波法

材料劣化超声波法

AE（声发射）法弹性波法弹性波法

超声波法弹性波法内部缺陷裂缝

AE（声发射）法

热图像法（红外线）X射线法弹性波法电磁波法电磁波法

空隙·剥离超声波法

冲击弹性波法

打音法弹性波法弹性波法弹性波法

热图像法（红外线）电磁波雷达法

X射线法电磁波法电磁波法电磁波法

电位法其他

钢筋锈蚀

X射线法电磁波法钢筋直径·保护层厚度电磁诱导法电磁诱导法

电磁波雷达法电磁波法

钢结构非破坏检测的种类和评价参数

评价参数方法分类

X射线法电磁波法

内部缺陷超声波法

AE法弹性波法弹性波法

X射线法电磁波法

表面或表层缺陷超声波法

AE法

涡流探伤法

热像法（红外线）

弹性波法

弹性波法

电磁诱导法

磁波法热图像法（红外线）

磁粉探伤法

浸透探伤法

电磁波法

其他

其他

非破坏检测主要方法—弹性波方法

材离大应术成熟方法比较

•混凝土材料：离散性大，应用技术不成熟。•钢材：分辨率要求高，对传感器接触状态敏感。

大跨度桥梁健康监测系统

大跨度桥梁监测系统的目的与功能

目的：验证设计；

支持养护管理决策。

功能：自动实时监测环境条件和桥梁响应并直观显示结果（及时）；

识别结构损伤并对结构异常紧急预警（自动预警）；

记录结构状态及长期变化趋势（长期连续）。

我国大跨度桥梁健康监测系统概况

我国已有140余座大桥安装桥梁健康监测系统，一般特点为：

•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0.5-1.0%（2.0%）；

传感器测点组成其费用约占到桥梁总造价的05-10%（20%）；

•监测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数据处理和评价的设计方案越来越不易被桥梁业主所接受；

健康监测系统本身的耐久性受到重视要求传感器和其他硬件具有可更换•健康监测系统本身的耐久性受到重视，要求传感器和其他硬件具有可更换性，并且更换时不能影响到数据采集的连续性；

成桥后的结构健康监测系统与施控制的监测系统相结合监测数据内容•成桥后的结构健康监测系统与施工控制的监测系统相结合，监测数据内容前伸到施工阶段；

态件高专家

•结构状态评估子系统和评估软件的水平有所提高，注重桥梁专家对桥梁结构健康监测结果分析评估的介入。