桥梁健康监测现状与未来发展探讨

桥梁健康监测现状与未来发展探讨

发表时间：2018-05-21T15:51:15.597Z 来源：《基层建设》2018年第5期作者：沈传贺

[导读] 摘要：通过对桥梁安全问题的分析，利用桥梁安全检测技术，主要对桥梁的指纹和模型修正进行了不同形式的评价和总结，然后进行综合分析，对预测结果进行分析预测。

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摘要：通过对桥梁安全问题的分析，利用桥梁安全检测技术，主要对桥梁的指纹和模型修正进行了不同形式的评价和总结，然后进行综合分析，对预测结果进行分析预测。并对桥梁健康监测的发展趋势提出了几点建议，如避免噪声和不稳定因素，采用新技术和新设备来测量桥梁的损伤程度，以提高桥梁损伤程度的敏感性等。

关键词：状态评估；损伤；监测；方向

1 引言

桥梁健康监测技术是现在热门技术，而健康监测系统是桥梁实现智能化养护管理模式的核心。本文基于国内现有的监测系统研究现状，浅谈对桥梁监测系统的组成、存在的问题及未来发展方向。

2 桥梁健康监测概述

工程结构通常遭受两种损伤，即突发性和累积性损伤。突发性伤害是由突发事件引起的，在短时间内达到或超过一定限度。累积损伤具有缓慢积累的特性，在一定程度上会造成破坏，影响结构的安全和功能。桥梁健康监测的目的是预测早期损坏，以便采取措施。对于累积损伤，可以定期对结构状态进行评估，并根据实际情况采取相应措施。由于技术的限制是不成熟的，在过去的很长一段时间，现在仍然是一个传统的桥梁健康维护模式的延续，已由专业测试人员定期采用人工目视检查或桥梁检测的便携式仪器及时维修和加固后的桥梁实现疾病的使用维护。这种检测方法有许多局限性，主要表现为：（1）对疫情的实时观察不到；（2）检测到大量的人力、物力和财力，一些结构和内部损伤不易察觉；（3）人工检测时间长，影响交通（4）；主观性强，专业知识和技能的员工通过检测受影响大。由于传统桥梁养护管理方法和手段的局限性，很难满足大型桥梁健康评价发展的要求。20世纪80年代后期，欧美一些国家首次提出了结构健康监测的新概念，并相继在一些重要桥梁上安装了健康监测系统。自上世纪90年代以来，中国的一些主要桥梁也建立了不同规模的健康监测系统，如香港的Lautau Fixed Crossing和青马大桥，内地的虎门大桥、徐浦大桥等。桥梁实时健康监测系统的安装与使用是未来桥梁监测的发展趋势。我们在这方面的研究取得了一些成果，并已成功地应用在一些桥梁上。

3 健康监测系统的发展现状

3.1 传感器的优化布设问题

大跨度桥梁健康检测技术的基础上对随机振动的有效性取决于基于模态实验的形式是要区分的，对于使用哪一种传感器主要由数量和位置的长短距离程度来决定。如何协调有限数量的传感器，使它们从噪声信号中提取最佳信息到结构状态是我们需要考虑的问题。同时，它也是大跨度桥梁健康监测的核心内容。传感器的好坏基于其使用的标准。

3.2 损伤诊断的动力指纹法类方法

该结构的状态特征是通过寻找动态指纹，结合结构动力特性确定桥梁结构破坏前后的状态特征。动态测试中信息利用的功能状态大致可归纳为三类。第一类主要用于单向动态测试特性，例如通过二阶导数发展的模态法。第二类通过测试一些动态参数（如振幅和频率）来确定结构的状态。第三类其他测试方法确定结构的状态，例如FRF波形指纹。

3.3 损伤诊断的模型修正法类方法

这种方法的基本思想主要是寻找动态测试的参数，使用一些最基本的运动方程，或者用有限元模型来解决约束问题。我们还需要不断修正结构模型的参数，例如质量和阻尼的分布。这是为了使他们更接近测试的结构动力学，并使他们作出反应。同时，通过修正模型矩阵与基线模型矩阵的比较，判断结构的损伤程度。这种模型修正方法主要是针对实际的试验模型和有限元模型的特点之间的矛盾，除了解决建模过程中的不稳定因素外。解决这个问题有四种方法。一是扩大课堂，完善不完善模式。二是结合统计理论知识，考虑修正模型过程中的误差分析结果。第三是指纹和其他测量方法的使用。其目的是使模型的修正提前得到参考数据，另一方面减少繁琐的计算步骤，从而提高桥梁损伤识别的正确性。最后一个是考虑到膨胀类引起的一些错误，也导致了数学和物理约束在反演中的应用。

3.4 分析误差与不确定因素的处理

（1）试验误差。测试误差主要是由四个因素引起的。首先是仪器噪声对测量精度的影响，其次是气候和温度的影响，第三是在现场测量时很难解决寄生激振的影响，第四的实测材料不足以判断大桥的状况。（2）建模误差。建模误差的主要问题在于这四个方面。首先，物理参数是不稳定的，其次是离散化误差，第三是实现了边界的仿真误差，最后是非结构分量误差。总之，上述错误可以通过某种方式消除，但有些错误很难消除。考虑到桥梁损伤程度不同，采用的方法不同。一般来说，不管怎样做，都不可能消除所有的错误。

4 健康监测技术发展

桥梁安全检测技术主要以桥梁状态评估为核心技术。对某些检测系统的影响和一些特殊设计的桥梁设计的影响，将成为近期桥梁研究最有力的工具。同时，桥梁的结构控制和桥梁安全评估状态的进一步发展将取决于结构的现场试验和研究数据。

4.1 监测内容

监测系统主要具备以下六大功能。第一是桥梁的结构能在正常的环境和正常的交通条件下实现物理和力学的运营状态。第二是可以探测到桥梁非常重要的非结构构件的工作状态是什么样的形式。第三是在桥梁发生了十分严重的事故后作出损伤报告。第四是桥梁的结构耐用程度如何。第五是桥梁的结构构件的损伤程度。第六是能探测到桥梁所处于一个怎样的环境条件之下。

4.2 监测系统组成

桥梁的探测系统的组成有四个方面，第一个是信号的处理和搜集。第二个是监测监控的中心。第三个是传感应系统，主要是以仪表和传感器作为核心组成部分。第四个通信的装置，可以把处理完的数据及时的输送到监测的中心，供大家参考。

5 健康监测系统未来研究方向

目前，国内外一些城市桥梁或小跨径的桥梁，由于其成本低，很难利用监控系统的高成本，为发展低成本的监控系统将很好的解决了这个问题，所以研究的健康监测系统中小桥是一个很有价值的研究方向。但是，大型桥梁健康监测系统还不够成熟，其研究还将是今后一