淺談橋梁健康監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀
2015-06-09
一、結構檢測與健康監(jiān)測概況
結構檢測與健康監(jiān)測概況工程結構一般會受到兩種損傷一突發(fā)性損傷和累積性損傷。突發(fā)性損傷由突發(fā)事件引起，使損傷在短期內(nèi)達到或超過一定限值；累積損傷則有緩慢積累的性質(zhì)，達一定程度會引起破壞影響安全和使用。健康檢測能夠在突發(fā)性損傷發(fā)生時及時做出判斷和警報，以便采取處理措施，防止發(fā)生進一步的破壞和引發(fā)其它事故。對于累積損傷，能夠定期對損傷的狀態(tài)做出描述，以便根據(jù)情況采取相應措施。
二、橋梁健康監(jiān)測意義（一）監(jiān)控與評估。橋梁健康檢測的基本內(nèi)涵是通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為工程在特殊氣候、交通條件下或運營狀況嚴重異常時發(fā)出預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導。為此，監(jiān)測系統(tǒng)通常對以下幾個方面進行監(jiān)控：①橋梁結構在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài)；②橋梁重要非結構構件和附屬設施的工作狀態(tài)；③結構構件耐久性；④工程所處環(huán)境條件等等。（二）設計驗證。由于大型橋梁的力學和結構特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設計階段安全掌握和預測其力學特性和行為特性是非常困難的。因此，通過橋梁健康檢測所獲得的實際結構的動靜力行為來檢驗大橋的理論模型和計算假定具有重要意義。不僅對設計理論和設計模型有驗證作用，而且有益于新的設計理論的形成。（三）研究與發(fā)展。橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和某種特定橋梁設計的反思，它還可能并成為橋梁研究的現(xiàn)場實驗室。由于運營中的橋梁結構及其環(huán)境所獲得信息不僅是理論研究和實驗室調(diào)查的補充，而且可以提供有關結構行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。
三、健康監(jiān)測系統(tǒng)
（一）大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。
大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)一般應包括以下幾部分內(nèi)容：
1、傳感系統(tǒng)。由傳感器、二次儀表及高可靠性的工控機等部分組成。
2、信號采集與處理系統(tǒng)。實現(xiàn)多種信息源、不同物理信號的采集與預處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對數(shù)據(jù)進行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲起來。
3、通信系統(tǒng)。將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
4、監(jiān)控中心。利用可實現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進行診斷，包括結構是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。傳感器監(jiān)測到的實時信號，經(jīng)過采集與處理曲通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進行分析和判斷，從而對結構的健康狀況作出評估。若結構出現(xiàn)異常行為，則由監(jiān)控中心發(fā)出預警信號，并對檢測出來的損傷進行定性、定位和定量分析同時提供維修建議。
?。ǘ┬盘柕姆治雠c處理。橋梁結構的健康狀況是由測試的信號來監(jiān)測和評估的，即從傳感器采集的信號中提取各種特征，對結構進行參數(shù)檢測、狀態(tài)監(jiān)控和損傷診斷等。
（三）損傷檢測。損傷檢測一般可分為兩大類，即整體法和局部法。整體法試圖評價整體結構的狀態(tài)．確定損傷存在的可疑區(qū)域，而局部法則依靠成熟的無損檢測技術對某個特定的部位進行精確檢測。整體法和局部法在大型橋梁的損傷檢測中結合使用效果較好。
四、現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題
在目前已有的橋梁結構健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)中，明顯存在監(jiān)測項目種類不足，而個別監(jiān)測項 目規(guī)模又過于龐大，尤其在對監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理方面，還沒有形成一個較為完善的數(shù)據(jù)存儲與管理查詢系統(tǒng)，大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)得不到妥善的處理和利用?？偨Y現(xiàn)有橋梁健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處，在監(jiān)測系統(tǒng)的總體規(guī)劃上主要有以下一些較為突出的問題：缺乏有效實用的優(yōu)化算法造成測點數(shù)量巨大，系統(tǒng)規(guī)模過大導致數(shù)據(jù)量大、信息大量冗余；監(jiān)控系統(tǒng)與管理系統(tǒng)未能實現(xiàn)無縫連接；結構安全評價系統(tǒng)研究多基于理論范疇，缺少工程實用性的研究；橋梁監(jiān)測系統(tǒng)缺乏規(guī)范性指導原則。就現(xiàn)在橋梁結構健康監(jiān)測及診斷的研究水平來看，在技術層面上也有許多問題主要表現(xiàn)為：傳感器的優(yōu)化布設是橋梁結構健康監(jiān)測和診斷中的一個重要問題應該做到使用盡量少的傳感器獲取盡可能多的結構的健康信息。開發(fā)適合橋梁結構檢測的專用傳感器是橋梁檢測問題中的關鍵。測量儀器的精度不夠以及效率低是困擾橋梁檢測的一大難題
五、結語
橋梁健康監(jiān)測研究涉及振動理論、傳感技術、測試技術、系統(tǒng)辨識理論、信號分析處理、數(shù)據(jù)通信、計算機、隨機過程和可靠度等多門學科，是―個系統(tǒng)工程。經(jīng)過多年來的積極探索．人們已經(jīng)取得了許多成果。但是由于橋梁結構受到許多不確定因素和復雜工作環(huán)境的影響，以 及對橋梁在使用年限內(nèi)的工作特性的變化缺乏全面深入的了解，因此目前所取得的成就和研究還處于基礎性探索階段，要實現(xiàn)應用于實際的目標尚需要多學科的進一步交叉與發(fā)展!對于實現(xiàn)大橋和特大橋健康狀態(tài)的在線監(jiān)控、無需振動設備、不妨礙交通、適于遠程遙控檢測的環(huán)境振動法為其展現(xiàn)了美好的前景!要從真正意義上實現(xiàn)對橋梁結構的健康診斷、推動其在實踐中的應用、基本實現(xiàn)大型橋梁健康監(jiān)測、長期、定時、在線、經(jīng)濟的要求，還必需廣大橋梁工作者和研究人員的不斷努力和探索!
