橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念 0\o"CurrentDocument".橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng) 0\o"CurrentDocument"監(jiān)測內(nèi)容 0\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)傳輸 1\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)分析處理和控制 2\o"CurrentDocument"大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展方向 3\o"CurrentDocument".橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的意義 4\o"CurrentDocument"橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用包括： .4\o"CurrentDocument"橋梁健康監(jiān)測意義 4\o"CurrentDocument".現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題 5\o"CurrentDocument".結(jié)語 6橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測.橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念交通是社會的經(jīng)濟命脈，橋梁是交通的咽喉，交通不暢會制約社會的經(jīng)濟發(fā)展，所以保障橋梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至關(guān)重要。為保證橋梁安全運行、避免嚴重事故發(fā)生，對橋梁結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測應(yīng)運而生，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是以科學(xué)的監(jiān)測理論與方法為基礎(chǔ)，采用各種適宜的檢驗、檢測手段獲取數(shù)據(jù)，為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、計算假定、結(jié)構(gòu)模型分析提供驗證；對結(jié)構(gòu)的主要性能指標和特性進行分析，及早預(yù)見、發(fā)現(xiàn)和處理橋梁結(jié)構(gòu)安全隱患和耐久性缺陷，診斷結(jié)構(gòu)突發(fā)和累計損傷發(fā)生位置與程度，并對發(fā)生后果的可能性進行判斷與預(yù)測。通過對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的監(jiān)測與評估，為橋梁在各種氣候、交通條件下和橋梁運營狀況異常時發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁維護、維修與管理措施提供依據(jù)，并通過及時采取措施達到防止橋梁坍塌、局部破壞，保障和延長橋梁的使用壽命的目的。2,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容數(shù)據(jù)采集與測量的內(nèi)容主要為：變形（沉降、位移、傾斜）、應(yīng)力、動力特性、溫度、外觀檢測等。1）變形監(jiān)測采取適宜的測量手段，對橋梁主體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的沉降、位移、傾斜量進行監(jiān)測。常用監(jiān)測變形的方法有：導(dǎo)線測量法、幾何水準測量法、GPS測定三維位移量法、自動極坐標實時差分測量法和自動全站儀三維坐標非接觸量測等。2）應(yīng)力監(jiān)測橋梁運營狀態(tài)中主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化是由于主體結(jié)構(gòu)的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)變化引起的。外部條件主要有動荷載、氣候、侵蝕、撞擊和其他突發(fā)事件的作用等，而內(nèi)部狀態(tài)有混凝土的收縮徐變、溫度變化及預(yù)應(yīng)力損失等。應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)可以定量性地反映出橋梁主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力變化和性能變化情況。3）動力特性監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性與橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量、阻尼值及其分布有關(guān)，動力監(jiān)測是在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的條件下進行，主要對橋梁結(jié)構(gòu)由橋址處風(fēng)荷載、水流等隨機荷載激振引起的微小振動響應(yīng)進行測定。檢測項目主要為：主體結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型等。橋梁結(jié)構(gòu)動力檢測方法主要有：固有頻率、應(yīng)變模態(tài)、模態(tài)置信度判據(jù)、柔度矩陣、小波分析、遺傳算法等。4）溫度監(jiān)測通過對整橋溫度場的監(jiān)測，可以設(shè)法消除溫度變化對某些監(jiān)測過程或傳感器本身的測量精度的影響；可以了解橋梁結(jié)構(gòu)在某種溫度場下的結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力變化等情況。5）表觀檢測表觀檢測的主要內(nèi)容為：橋梁混凝土裂縫、強度、碳化深度、外觀質(zhì)量檢測、鋼梁及金屬結(jié)構(gòu)外觀及腐蝕檢測及支座、橋面鋪裝、伸縮縫、錨端連接等部位、部件的損壞情況觀察等。數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集和傳輸對于保證監(jiān)測系統(tǒng)的長期運行有著重要意義，同時是獲取有效、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)的前提，要注重并做好以下幾項關(guān)鍵性工作：（1）數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)耐绞菢蛄航Y(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)問題，是數(shù)據(jù)處理、分析和橋梁健康評估的基本前提條件。做到撓度、振動等子系統(tǒng)各點采集的時間同步性尤為重要。（2）關(guān)于數(shù)據(jù)采集節(jié)點設(shè)備和傳輸鏈路的合理配置與優(yōu)化。影響數(shù)據(jù)采集節(jié)點設(shè)備和傳輸鏈路可靠性的因素相當復(fù)雜，必須研究設(shè)計和重點考慮系統(tǒng)合理的配置和優(yōu)化。（3）關(guān)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中單點故障問題。系統(tǒng)需要具有單點故障不影響控制網(wǎng)絡(luò)其他部分的功能。（4）關(guān)于檢測系統(tǒng)自身故障的自檢與報警。系統(tǒng)能夠識別和檢查出傳感器故障、電流回路泄漏、對不可信信號電頻的捕獲和子系統(tǒng)故障等，并能在系統(tǒng)主機上給出相應(yīng)的報警信息。（5）關(guān)于數(shù)據(jù)可靠性檢驗的問題。系統(tǒng)具有能夠?qū)λO(jiān)測數(shù)據(jù)進行自檢、互檢和標定的功能，是保障原始數(shù)據(jù)可靠性的重要手段。（6）關(guān)于實現(xiàn)遠程監(jiān)控的問題。通過因特網(wǎng)技術(shù)可以使橋梁管理者或橋梁專家在異地對系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的新需求。數(shù)據(jù)分析處理和控制數(shù)據(jù)分析處理與控制是指對獲得的數(shù)據(jù)信息進行收集、整理、加工、存貯及傳播等一系列活動的總和。它的基本環(huán)節(jié)是進行數(shù)據(jù)的組織、存貯、檢查和維護等工作。這些工作是數(shù)據(jù)處理的中心問題，一般稱之為數(shù)據(jù)管理。二十世紀六、七十年代以來，數(shù)據(jù)管理技術(shù)提高到了數(shù)據(jù)庫階段，計算機中的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的管理統(tǒng)一由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來完成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目標是：解決數(shù)據(jù)冗余問題；實現(xiàn)數(shù)據(jù)獨立性；實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；并解決由于數(shù)據(jù)共享而帶來的數(shù)據(jù)完整性、安全性及并發(fā)控制等一系列問題。大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)一般應(yīng)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(yù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的健康狀況作出評估。若結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常行為，則由監(jiān)控中心發(fā)出預(yù)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。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展方向橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)評估主要有三個方面：承載能力、營運狀態(tài)和耐久能力。承載能力是有關(guān)大橋結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的極限強度、穩(wěn)定性能等，其評估目的是要找出大橋結(jié)構(gòu)的實際安全儲備，以避免橋梁發(fā)生災(zāi)難性的損毀。營運狀態(tài)評估與橋梁結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件在日常荷載工作下的變形、裂縫、振動等有關(guān)，其評估結(jié)果有助于合理安排養(yǎng)護維修。耐久能力的評估則專注于大橋的損傷及其成因以及其對材料物理特性的影響。目前的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)中存在著監(jiān)測項目種類不足和個別項目的規(guī)模又過于龐大的情況。在監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理方面，沒有一個較為完善的數(shù)據(jù)存儲與管理系統(tǒng)，大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)得不到妥善的處理與利用。并且，現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測和狀態(tài)評估系統(tǒng)大多屬于單一的監(jiān)測系統(tǒng)或者是單一的管理系統(tǒng)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測綜合評估系統(tǒng)在橋梁設(shè)計階段予以提前考慮并做出橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測設(shè)計有著十分重要的積極意義：設(shè)計人員可依據(jù)橋型設(shè)計理論和結(jié)構(gòu)特點、四新技術(shù)的應(yīng)用等方面采用適宜的監(jiān)測理論、方法與手段，做出符合橋梁特點和系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)計。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測設(shè)計與橋梁設(shè)計同時形成可及時、妥善地將相關(guān)監(jiān)測軟、硬件在施工、運營過程予以配備與設(shè)置，使得監(jiān)測系統(tǒng)的準備與運行工作做得更加充分與科學(xué)。我國的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測尚處初期階段，隨著橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作的深入開展，在遠距離監(jiān)測、提高系統(tǒng)可靠性、完善數(shù)據(jù)處理和分析理論等方面還需要提高和完善，目前尚無現(xiàn)成的性能和數(shù)據(jù)評估方面的規(guī)范，因此探索并形成穩(wěn)定、可靠的監(jiān)測系統(tǒng)、明確各項參數(shù)指標、科學(xué)獲取與處理監(jiān)測數(shù)據(jù)、形成監(jiān)測規(guī)范等工作是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測今后的發(fā)展與努力方向。.橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的意義橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用包括：1）設(shè)計驗證，確保橋梁安全；2）及時發(fā)現(xiàn)橋梁損傷；3）為橋梁維護管理提供技術(shù)依據(jù)；4）輔助橋梁日常交通管理。盡管（截止到2006年）我們國家現(xiàn)有橋梁已經(jīng)達到了50萬余座，但是有些地方的橋梁管理者對現(xiàn)有橋梁的管理仍然是被動式的，也就是當橋梁發(fā)生安全事故的時候才對橋梁進行維護（檢測和加固）這種被動式的管理不可避免的會帶來橋梁安全事故的頻繁發(fā)生。結(jié)構(gòu)檢測與健康監(jiān)測概況工程結(jié)構(gòu)一般會受到兩種損傷：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(yīng)措施。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(jié)構(gòu)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(yù)警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。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(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學(xué)狀態(tài)；②橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀態(tài)；③結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；④工程所處環(huán)境條件等等。（二）設(shè)計驗證由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計階段安全掌握和預(yù)測其力學(xué)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(jié)構(gòu)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(shè)計理論和設(shè)計模型有驗證作用，而且有益于新的設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。.現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題在目前已有的橋梁結(jié)構(gòu)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。總結(jié)現(xiàn)有橋梁健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處，主要體現(xiàn)在監(jiān)測系統(tǒng)的總體規(guī)劃和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及診斷的研究水平兩個方面。（一）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：1）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(dǎo)致數(shù)據(jù)量大、信息大量冗余;2）監(jiān)控系統(tǒng)與管理系統(tǒng)未能實現(xiàn)無縫連接；3）結(jié)構(gòu)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；4）橋梁監(jiān)測系統(tǒng)缺乏規(guī)范性指導(dǎo)原則。（二）就現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及診斷的研究水平來看，在技術(shù)層面上也有許多問題主要表現(xiàn)為：傳感器的優(yōu)化布設(shè)是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和診斷中的一個重要問題，應(yīng)該做到使用盡量