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橋梁健康檢測與安全監(jiān)控
更新時間：2021-04-10 17:51
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　　摘要：通過建立一個先進實用的橋梁健康與安全狀況監(jiān)測系統(tǒng)，可以隨時掌握橋梁運營狀況，實現(xiàn)大橋服務水準的安全報警，合理配置大橋養(yǎng)護維修資源，為降低橋梁運營維護成本提供科學的依據(jù)，保證大橋檢查維修策略的制訂具有針對性、及時性和高效性。
　　關鍵詞：健康監(jiān)測；橋梁承載力；養(yǎng)護維護；累計損傷；損傷評估　　摘要：通過建立一個先進實用的橋梁健康與安全狀況監(jiān)測系統(tǒng)，可以隨時掌握橋梁運營狀況，實現(xiàn)大橋服務水準的安全報警，合理配置大橋養(yǎng)護維修資源，為降低橋梁運營維護成本提供科學的依據(jù)，保證大橋檢查維修策略的制訂具有針對性、及時性和高效性。
中國論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/2/view-3859763.htm
　　關鍵詞：健康監(jiān)測；橋梁承載力；養(yǎng)護維護；累計損傷；損傷評估；橋梁安全監(jiān)測
　　中圖分類號：U446
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-8631（2012）05-0028-01
　　1 引言
　　橋梁是投資巨大使用周期長的大型基礎設施，因此其使用的安全性對橋梁本身及國民經(jīng)濟有著舉足輕重的作用。在其運營過程中，由于荷載作用、疲勞效應和材料老化等不利因素的影響，橋梁結構將不可避免地產(chǎn)生老化現(xiàn)象，損傷積累，甚至導致突發(fā)事故，為此對橋梁等大型基礎設施進行健康監(jiān)測，可以隨時掌握橋梁的健康狀態(tài)，使大橋的養(yǎng)護維修工作更具有理論指導性。監(jiān)測資料可以提高人們對于大型復雜結構的認識，為以后的設計和建造提供更為可靠的依據(jù)。
　　2 橋梁健康與安全監(jiān)測的內(nèi)容
　　2.1健康項目需求分析
　　大橋健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)需要考慮多種因素，全面了解橋梁的狀況才能建立一套在橋梁運營期間內(nèi)真正適應的系統(tǒng)。健康系統(tǒng)首先必需考慮橋梁結構形式的特點，吸取設計單位有關意見，針對不同的橋型選擇不同側重點的監(jiān)控項目及研究方法：還需要從運營期養(yǎng)護維修的角度出發(fā)，考慮提供詳細必要的數(shù)據(jù)給養(yǎng)護管理系統(tǒng)，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施采用決策提供科學的依據(jù)，確保結構安全運營的目的，真正的做到預防性的養(yǎng)護。
　　2.2橋梁健康監(jiān)測的主要內(nèi)容
　　橋梁的健康監(jiān)測貫穿于橋梁運營壽命的全過程，橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)容同時也與橋梁形式、橋梁的自身特點有關。也就是橋梁健康監(jiān)測內(nèi)容對于橋梁可靠度評估有一定的現(xiàn)實指導意義。
　　1）撓度變形的監(jiān)測：
　　2）應力（應變）監(jiān)測；
　　3）動應變監(jiān)測：
　　4）溫度監(jiān)測：
　　5）動態(tài)稱重監(jiān)測：
　　6）外觀監(jiān)測。
　　3 橋梁健康與安全監(jiān)測理論
　　3.1橋梁健康監(jiān)測的概念
　　橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候或橋梁運營狀態(tài)嚴重異常時觸發(fā)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)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（如支座）和附屬設施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)；③結構構件的耐久性；④大橋所處環(huán)境條件等等。
　　3.2健康監(jiān)測系統(tǒng)的構成
　　健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由現(xiàn)場自動測試系統(tǒng)、遠程控制中心系統(tǒng)及分析中心系統(tǒng)三大部分組成，各個系統(tǒng)主要的功能如下：
　　1）現(xiàn)場自動測量系統(tǒng)：
　　2）遠程控制中心系統(tǒng)：
　　3）分析中心系統(tǒng)。
　　具體來講，監(jiān)測系統(tǒng)一般有應變計、傳輸線、應變測試儀、數(shù)據(jù)采集器與處理系統(tǒng)組成?？梢圆捎檬┕ゎA埋測試應變元件和表面粘結應變測試元件作為監(jiān)測點的應變監(jiān)測傳感器，數(shù)據(jù)采集采用網(wǎng)絡接口和計算機相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和遠程控制。
　　3.3數(shù)據(jù)處理和傳輸系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)利用外場數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)對被測物理量結果進行預處理（如測量結果的修正換算、主應變計算等），并按照規(guī)定的格式整理形成數(shù)據(jù)文件，通過光纖調(diào)制解調(diào)器將經(jīng)過預處理后的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控通信收集中心。數(shù)據(jù)處理功能在結構健康和安全監(jiān)測計算機系統(tǒng)內(nèi)完成，而結構健康與安全監(jiān)測計算機系統(tǒng)由以下部分組成：
　　1）數(shù)據(jù)存儲管理與查詢應用系統(tǒng)；
　　2）結構實時變形動態(tài)顯示系統(tǒng)；
　　3）服務水準安全警報系統(tǒng)。
　　3.4結構健康與安全評估系統(tǒng)
　　結構健康與安全評估系統(tǒng)主要是根據(jù)對橋梁進行綜合的監(jiān)測結果，分析獲取橋梁結構特征參數(shù)，并進行橋梁結構特性參數(shù)與橋梁結構狀態(tài)之間的精確關系或模糊關系，建立橋梁結構工作狀態(tài)評定與損傷識別的知識庫和機理，實現(xiàn)對所監(jiān)測橋梁結構與安全的評估，為橋梁的養(yǎng)護檢查或者維修加固決策實施的制訂提供科學的依據(jù)。該系統(tǒng)應包括以下幾個模塊：
　　1）結構幾何形態(tài)參數(shù)評估模塊
　　2）基于結構變形的損傷識別模塊
　　3）基于結構內(nèi)力或應力的損傷識別模塊
　　4）基于結構振動特性參數(shù)的損傷識別模塊
　　5）橋梁結構工作狀態(tài)評估模塊
　　6）橋梁承載能力鑒定模塊
　　4 損傷評估法
　　4.1局部損傷評估法
　　通過橋梁線性、沉降、整體動力特性等參數(shù)的觀測，與初始狀態(tài)進行對比、并分析其發(fā)展趨勢，可以從整體上評價橋梁的健康狀態(tài)，但難以了解部局的情況。因此在橋梁的關鍵部位以及監(jiān)測人員難以達到的地方布設測點進行監(jiān)測，并通過局部損傷的評估方法進行研究。
　　4.2積累損傷與剩余疲勞壽命評估方法
　　通過對橋梁關鍵部位進行長期應力/應變的監(jiān)測，在長期監(jiān)測的基礎之上可以得到詳細的疲勞數(shù)據(jù)，從而可以進行有效的累計損傷和剩余壽命的評估。
　　5 總結
　  橋梁結構健康監(jiān)測是運用了現(xiàn)代化傳感技術與通訊技術，實時監(jiān)測橋梁在運營階段各種環(huán)境條件下結構的響應和行為特征，獲取反映結構狀態(tài)和環(huán)境因數(shù)的各種信息，由此分析橋梁結構健康狀態(tài)，并且評估結構的可靠性，為橋梁的管理和維修決策提供科學依據(jù)。與此同時，橋梁結構健康監(jiān)測對于驗證與改進結構設計理論與方法、開發(fā)與實現(xiàn)各種結構控制技術及深入研究大型橋梁結構的未知問題具有重要意義。
　　中圖分類號：U446
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-8631（2012）05-0028-01
　　1 引言
　　橋梁是投資巨大使用周期長的大型基礎設施，因此其使用的安全性對橋梁本身及國民經(jīng)濟有著舉足輕重的作用。在其運營過程中，由于荷載作用、疲勞效應和材料老化等不利因素的影響，橋梁結構將不可避免地產(chǎn)生老化現(xiàn)象，損傷積累，甚至導致突發(fā)事故，為此對橋梁等大型基礎設施進行健康監(jiān)測，可以隨時掌握橋梁的健康狀態(tài)，使大橋的養(yǎng)護維修工作更具有理論指導性。監(jiān)測資料可以提高人們對于大型復雜結構的認識，為以后的設計和建造提供更為可靠的依據(jù)。
　　2 橋梁健康與安全監(jiān)測的內(nèi)容
　　2.1健康項目需求分析
　　大橋健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)需要考慮多種因素，全面了解橋梁的狀況才能建立一套在橋梁運營期間內(nèi)真正適應的系統(tǒng)。健康系統(tǒng)首先必需考慮橋梁結構形式的特點，吸取設計單位有關意見，針對不同的橋型選擇不同側重點的監(jiān)控項目及研究方法：還需要從運營期養(yǎng)護維修的角度出發(fā)，考慮提供詳細必要的數(shù)據(jù)給養(yǎng)護管理系統(tǒng)，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施采用決策提供科學的依據(jù)，確保結構安全運營的目的，真正的做到預防性的養(yǎng)護。
　　2.2橋梁健康監(jiān)測的主要內(nèi)容
　　橋梁的健康監(jiān)測貫穿于橋梁運營壽命的全過程，橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)容同時也與橋梁形式、橋梁的自身特點有關。也就是橋梁健康監(jiān)測內(nèi)容對于橋梁可靠度評估有一定的現(xiàn)實指導意義。
　　1）撓度變形的監(jiān)測：
　　2）應力（應變）監(jiān)測；
　　3）動應變監(jiān)測：
　　4）溫度監(jiān)測：
　　5）動態(tài)稱重監(jiān)測：
　　6）外觀監(jiān)測。
　　3 橋梁健康與安全監(jiān)測理論
　　3.1橋梁健康監(jiān)測的概念
　　橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候或橋梁運營狀態(tài)嚴重異常時觸發(fā)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)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（如支座）和附屬設施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)；③結構構件的耐久性；④大橋所處環(huán)境條件等等。
　　3.2健康監(jiān)測系統(tǒng)的構成
　　健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由現(xiàn)場自動測試系統(tǒng)、遠程控制中心系統(tǒng)及分析中心系統(tǒng)三大部分組成，各個系統(tǒng)主要的功能如下：
　　1）現(xiàn)場自動測量系統(tǒng)：
　　2）遠程控制中心系統(tǒng)：
　　3）分析中心系統(tǒng)。
　　具體來講，監(jiān)測系統(tǒng)一般有應變計、傳輸線、應變測試儀、數(shù)據(jù)采集器與處理系統(tǒng)組成?？梢圆捎檬┕ゎA埋測試應變元件和表面粘結應變測試元件作為監(jiān)測點的應變監(jiān)測傳感器，數(shù)據(jù)采集采用網(wǎng)絡接口和計算機相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和遠程控制。
　　3.3數(shù)據(jù)處理和傳輸系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)利用外場數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)對被測物理量結果進行預處理（如測量結果的修正換算、主應變計算等），并按照規(guī)定的格式整理形成數(shù)據(jù)文件，通過光纖調(diào)制解調(diào)器將經(jīng)過預處理后的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控通信收集中心。數(shù)據(jù)處理功能在結構健康和安全監(jiān)測計算機系統(tǒng)內(nèi)完成，而結構健康與安全監(jiān)測計算機系統(tǒng)由以下部分組成：
　　1）數(shù)據(jù)存儲管理與查詢應用系統(tǒng)；
　　2）結構實時變形動態(tài)顯示系統(tǒng)；
　　3）服務水準安全警報系統(tǒng)。
　　3.4結構健康與安全評估系統(tǒng)
　　結構健康與安全評估系統(tǒng)主要是根據(jù)對橋梁進行綜合的監(jiān)測結果，分析獲取橋梁結構特征參數(shù)，并進行橋梁結構特性參數(shù)與橋梁結構狀態(tài)之間的精確關系或模糊關系，建立橋梁結構工作狀態(tài)評定與損傷識別的知識庫和機理，實現(xiàn)對所監(jiān)測橋梁結構與安全的評估，為橋梁的養(yǎng)護檢查或者維修加固決策實施的制訂提供科學的依據(jù)。該系統(tǒng)應包括以下幾個模塊：
　　1）結構幾何形態(tài)參數(shù)評估模塊
　　2）基于結構變形的損傷識別模塊
　　3）基于結構內(nèi)力或應力的損傷識別模塊
　　4）基于結構振動特性參數(shù)的損傷識別模塊
　　5）橋梁結構工作狀態(tài)評估模塊
　　6）橋梁承載能力鑒定模塊
　　4 損傷評估法
　　4.1局部損傷評估法
　　通過橋梁線性、沉降、整體動力特性等參數(shù)的觀測，與初始狀態(tài)進行對比、并分析其發(fā)展趨勢，可以從整體上評價橋梁的健康狀態(tài)，但難以了解部局的情況。因此在橋梁的關鍵部位以及監(jiān)測人員難以達到的地方布設測點進行監(jiān)測，并通過局部損傷的評估方法進行研究。
　　4.2積累損傷與剩余疲勞壽命評估方法
　　通過對橋梁關鍵部位進行長期應力/應變的監(jiān)測，在長期監(jiān)測的基礎之上可以得到詳細的疲勞數(shù)據(jù)，從而可以進行有效的累計損傷和剩余壽命的評估。
　　5 總結
　　橋梁結構健康監(jiān)測是運用了現(xiàn)代化傳感技術與通訊技術，實時監(jiān)測橋梁在運營階段各種環(huán)境條件下結構的響應和行為特征，獲取反映結構狀態(tài)和環(huán)境因數(shù)的各種信息，由此分析橋梁結構健康狀態(tài)，并且評估結構的可靠性，為橋梁的管理和維修決策提供科學依據(jù)。與此同時，橋梁結構健康監(jiān)測對于驗證與改進結構設計理論與方法、開發(fā)與實現(xiàn)各種結構控制技術及深入研究大型橋梁結構的未知問題具有重要意義。
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