1. 前言
隨著大跨度橋梁設計的輕柔化以及結構形式與功能的日趨復雜化，大橋的安全運營成為關系到一個國家的交通、經濟發(fā)展、軍事乃至人民生命財產安全的重要問題。由于大型橋梁工程往往具有投資大、設計周期和使用年限長、工作環(huán)境惡劣，易受周圍大氣、溫度、濕度及天氣的影響而發(fā)生劣化以及長期承受動荷載等特點，因而對橋梁結構進行長期的健康監(jiān)測及狀態(tài)評估就顯得非常必要。大型橋梁的健康監(jiān)測技術也因此成為橋梁工程學科研究和發(fā)展的一個重要領域［1-4］。隨著計算機技術、通訊技術及各類傳感技術的發(fā)展而發(fā)展起來的大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。力求對橋梁結構進行整體行為的實時監(jiān)控和結構狀態(tài)的智能化評估。在結構經過長期使用或遭遇突發(fā)災害之后，通過測定其關鍵性能指標， 獲取反映結構狀況的信息， 分析其是否受到損傷。如果受到損傷，還要分析其可否繼續(xù)使用以及剩余壽命等。這對確保橋梁的運營安全，及早發(fā)現橋梁病害，延長橋梁的使用壽命起著積極的作用。
2. 國內外發(fā)展狀況
隨著經濟技術的發(fā)展,特別是交通網絡的迅速發(fā)展,橋梁建設的形式和功能更加復雜多樣化。加之跨度也愈來愈大,以及建橋的巨大投資和它在國民經濟發(fā)展中的重要作用,橋梁的健康監(jiān)測和安全評估工作已愈來愈受到人們的重視。各項重大工程結構中，橋梁結構健康監(jiān)測得到了最廣泛、最深入和最系統(tǒng)的研究與發(fā)展。國外橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的應用可以追溯到20世紀80年代，當時英國對北愛爾蘭的新Foyle橋安裝了長期監(jiān)測儀器和自動數據采集系統(tǒng)，以校驗大橋的設計并測量和研究車輛、風和溫度荷載對大橋動力響應的影響［5］。此后，隨著現代傳感技術、計算機技術與通訊技術、信號分析與處理技術及結構分析理論的迅速發(fā)展，許多國家都開始在一些新建和既有大型橋梁中建立結構健康監(jiān)測系統(tǒng)。我國橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用始于20世紀90年代，依托我國大規(guī)?；A建設的背景，橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)在我國得到了廣泛的應用。與世界其他國家相比，我國橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)具有數量多、橋梁規(guī)模大的特點。
從目前國內外主要我國橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測目標、系統(tǒng)功能及系統(tǒng)運營等方面來看，目前國內外我國橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用已取得了許多可喜的成果與進展，主要反映在
2.1 通過測量結構各種響應的傳感裝置，能夠獲取反映結構行為的記錄，并在橋梁通車運行后連續(xù)或間斷地監(jiān)測結構狀態(tài)，力求獲取橋梁結構連續(xù)、完整的信息；有的新建橋梁監(jiān)測系統(tǒng)從施工監(jiān)控開始，力求連續(xù)、完整的記錄結構信息。
2.2 監(jiān)測內容全面，除了監(jiān)測結構本身的狀態(tài)和行為（應力、位移、傾角、加速度、動力特性等）以外，還強調對環(huán)境條件（風、地震、溫度、車輛荷載等）的監(jiān)測和記錄分析，同時試圖通過橋梁正常車輛與風荷載下的動力效應來建立結構的總體監(jiān)測樣本，并借此開發(fā)實時的結構整體性與安全性評估技術。
2.3 監(jiān)測儀器多樣、先進，監(jiān)測功能不斷完善，很多監(jiān)測系統(tǒng)都具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力，并實現網絡共享。另外，一些重要設施的工作狀態(tài)，例如斜拉索振動控制裝置等也納入長期監(jiān)測的范圍。
2.4 橋梁結構損傷診斷理論與方法的研究取得了一定的進展，開發(fā)了各種基于頻率、陣型、陣型曲率、應變陣型等改變量的損傷檢測和定位技術，在處理方法上探尋了MAC（模態(tài)保證標準）法、COMAC(坐標模態(tài)保證標準)法、柔度矩陣法、矩陣振動修正法、非線性迭代法等。這些方法各具特色，在局部的范圍內取得里積極的效果。近年來，更多的研究者致力于采用智能算法和先進信號分析來發(fā)展結構損傷診斷方法，例如神經網絡方法、模糊數學方法、小波變形方法、Hilber-Huang變換方法和信息融合技術等。
2.5 發(fā)展了包括可靠度理論、層次分析法、模糊理論、神經網絡、遺傳算法以及專家系統(tǒng)等多種橋梁結構狀態(tài)評估方法，并且初步應用于橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中。
傳統(tǒng)的橋梁檢測方法主要依賴于動靜載試驗和檢測人員的現場目測。輔以混凝土硬度實驗、超聲波探測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。進入20世紀90年代，隨著現代傳感與通信技術的發(fā)展，無損檢測技術更是出現了前所未有的發(fā)展勢態(tài)，先后涌現出一大批新的檢測方法和檢測手段，使無損檢測技術向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。近年來，致力于橋梁檢測，研究人員提出了許多成功的方法對橋梁進行非破壞性評估。一些新的方法被廣泛應用于橋梁檢測，如利用相干激光雷達測試橋梁下部結構的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長遠紅外成像檢測橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動檢測鋼索、鋼梁和混凝土內部的鋼筋等等。隨著振動實驗模態(tài)分析技術的發(fā)展，運用振動測試數據進行結構動力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結構的安全檢測開啟事了新的途徑。 基于振動模態(tài)分析技術，人們研究發(fā)現，結構的動力響應是整體狀態(tài)的一種度量，當結構的質量、剛度和阻尼特性發(fā)生變化時，選用結構振動模態(tài)作為權數，對結構損傷前后的模態(tài)變化量進行加權處理，從而實現對單元損傷的識別和有效定位。
3. 健康監(jiān)測系統(tǒng)在大跨度橋梁中的應用
隨著現代傳感技術、計算機與通訊技術、信號分析與處理技術及結構振動分析理論的迅速發(fā)展，大型橋梁結構健康監(jiān)測與安全評價技術，近年來已成為國內外工程界和學術界關注的熱點。
