桥梁健康监测现有物联网技术介绍

桥梁健康监测现有物联网技术介绍

桥梁结构状态监测是指通过某些技术手段对桥梁结构如振动、形变、荷载、温度以及应力等特征参数进行监测，并将检测值和桥梁结构正常使用范围下的特征参数进行对比，旨在明确桥梁当前的状态情况是否处在正常范围内，以此为桥梁的维护管理提供重要依据。

1. 桥梁健康监测概述

1.1 桥梁健康监测的分类

简易监测即是对桥梁结构是否存在病害作出评价，但不会具体的状态情况进行分析，通常可由专家组进行现场目检等方式直接进行。而病害监测是在建议监测基础上，对桥梁结构的病害类型、部位、成因以及病害程度进行诊断，并可根据诊断结果为维修管理提供有效参考依据，因此又称作紧密监测。精密监测无论是在监测技术还是操作方法上都更为复杂。

检查工程结构的累积损伤有两种策略：一种是现行的人工检查，对大桥需要大量人力，劳物费用高，且现行方式的检查结果有主观性，检查周期长达几年，难以保证结构的安全；为此人们研究用仪器和损伤识别技术进行自动损伤识别，其设备费用高，技术复杂，有许多困难，目前灵敏度低，只能识别较严重的损伤。但自动损伤识别是结构试验领域中当前国际的研究热点，进展很快。

1.2 桥梁健康监测的内容

目前桥梁监测系统的内容有：

（1）荷载（包括风、地震、温度和交通荷载）。所使用的传感器有：风速仪—记录风向、风速进程历史，连接数据处理系统后可得风功率谱；温度计—记录温度、温度差时程历史；动态地秤—记录交通荷载流时程历史，连接数据处理系统后可得交通荷载谱；强震仪—记录地震作用；摄像机——记录车流情况和交通事故。

（2）几何监测。监测桥梁各部位的静态位置和静态位移（如桥塔和锚碇的沉降和倾斜、主缆和加劲梁的线型变化等）。所使用的传感器有：位移计、倾角仪、GPS、电子测距器、数字像机等。

（3）结构的静动力反应。如有位移计、倾角仪记录结构的静动力变形和转角、支座和伸缩缝的静动力相对位移历史；用应变仪记录桥梁构件的静动力应变和应力，连接数据处理系统后可得构件疲劳应力循环谱；用测力计（力环、磁弹性仪、剪力销）记录主缆、锚杆和吊杆的张力历史；用加速度计记录结构各部位的反应加速度，连接数据处理系统后可得结构的模态参数。

2. 桥梁健康监测常用技术

2.1 超声波裂纹监测技术

传统的超声波裂缝探测的主要探测仪器包括电子背负发射机以及手持探头，监测者通过这些设备进行裂纹探测。当前的超声波监测技术已经在此基础上研发出根据可超声波信号自动绘制内部裂纹图像的超声波监测系统。此类监测系统包括电源、扫描仪、传感器、超声波仪、视频显示、以及计算机数据处理系统等设备。由现场监测人员以手持便携式探头扫描仪进行超声波信号收集，并将所收集的信号传至数据处理站中，借助基于现代超声监测技术的监测仪器，可大幅减少监测人员的工作难度，并通过自动绘图等现代信息技术实现较为理想的监测结果。

2.2 光纤传感监测技术

首先是采用FRP等新型复合材料的桥梁结构，由于目前对这类材料在实际工作中的长期性能了解不足，必须对其进行连续、长期的监测，以积累、总结经验，从而制定相应的规

范或规程；同时用数据来说明FRP在实际工程中所表现出的优越性能，使其得到进一步的推广与应用。其次，对作为城市交通枢纽或具有重大意义的大型桥梁，特别是位于地震区的大型桥梁，应对其健康状况、交通状况以及承载历史进行实时监测并记录，从而对其损伤程度以及剩余寿命作出合理的评估，并根据其生命周期费用及时采取维护、加固或重建等措施，以尽可能地延长其使用寿命。最后，对于许多已建的桥梁，往往由于侵蚀或累计损伤等原因使其功能退化、安全性降低，除了采取了必要的维护与加固措施外，还需要对其健康状况进行监测，以保证其安全运行，最大程度上保障人民的生命财产安全以及城市的交通秩序。

2.3 监测系统集成技术

桥梁健康监测系统包括智能传感器子系统，数据采集与处理及传输子系统，损伤识别与模型修正和安全评定子系统，数据管理子系统。数据采集与处理及传输子系统包括硬件和软件两部分，硬件系统包括数据传输电缆/光缆、数模转换卡等；软件系统将数字信号以一定方式存储在计算机中。采集的数据经预处理后存储在数据管理子系统中，数据采集子系统是联系传感器子系统与数据管理子系统的桥梁。损伤识别、模型修正和安全评定子系统由损伤识别软件、模型修正软件和结构安全评定软件组成。在该系统中，一般首先运行损伤识别软件，一旦识别桥梁发生损伤，即运行模型修正软件和安全评定软件。损伤识别是在桥梁结构反应信息基础上进行的，桥梁结构反应信息由数据采集子系统采集后存储在数据管理子系统中，因此，损伤识别软件运行时，首先能够从数据管理子系统中自动读取桥梁反应信息数据。桥梁损伤识别和模型修正以及安全评定的结果将作为桥梁历史档案数据存储在数据管理子系统中，因此，损伤识别和模型修正以及安全评定的结果将能够自动存入数据管理子系统中。数据管理子系统核心为数据库系统，数据库管理桥梁建造信息、几何信息、监测信息和分析结果等全部数据，它是桥梁健康监测系统的核心，承担着健康监测系统的数据管理功能。

2.4 桥梁健康无线监测系统

传统的在建桥梁也有检测，但主要都是采用有线方式传输，需要在施工现场安装大量的电缆．这势必会增加工作量。同时施工中容易将电缆挂断。造成数据传输中断。本项目采用无线网络技术，将在建桥梁的受力、应力、应变和变形等参数即时发送到上位Pc机和手机上，使管理人员随时随地掌握在建桥梁的状态，确保工程质量。

在建桥梁的在线检测系统由传感器、无线收发终端、无线网桥和上位机等四部分构成。传感器负责测量桥梁的信号。主要测量的信号有桥梁的受力、应力、应变、变形和环境信号。无线收发终端将传感器采集到的信号发送到无线网桥中．并接受无线网桥的控制信号。无线网桥将多个收发终端和上位机连接在一起，构成了整个无线网络。上位机主要由PC机和手机来构成，主要用于显示、设定和预警作用。基于无线传感器建立的无线桥梁结构监测系统可以大大降低系统中布线的复杂性，实现远程监测更为方便。

3结语：

桥梁结构健康监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改进，而且是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息。桥梁监测系统反映了一个国家的结构试验技术和桥梁管理的综合实力，是国际上的前沿热点研究领域，希望在未来能得到迅速发展。