橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)研分析報(bào)告

22橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)研報(bào)告

作者:日期:橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)研報(bào)告2009年6月

TOC\o"1-5"\h\z一、傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)檢查與評(píng)估概述.1二、現(xiàn)代橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述2三、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀3四、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施現(xiàn)狀.5五、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果與存在問題9六、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改善建議與發(fā)展前景.10一一#-六、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改善建議與發(fā)展前景針對(duì)目前橋梁檢測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，我們有必要加強(qiáng)研究，更進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)測(cè)技術(shù)、完善健康監(jiān)測(cè)以及安全評(píng)價(jià)理論。結(jié)合我公司長(zhǎng)期從事橋梁研究的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我們提出一些健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改善建議，以做到在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出功能全面、性能優(yōu)良、穩(wěn)定耐久、經(jīng)濟(jì)合理的切合大橋管理實(shí)際維護(hù)要求的橋梁健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)。(i)采用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢查方法相結(jié)合進(jìn)行大橋管理維護(hù)的新策略，發(fā)展數(shù)字電子管養(yǎng)系統(tǒng)。建立好大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，理論上只需一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦，就可以在世界任何地方對(duì)大橋的工作狀況了如指掌。當(dāng)然，實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖可為橋梁評(píng)估提供即時(shí)客觀的依據(jù)，但一方面由于資源、成本等方面的限制，就目前情況而言，傳感器系統(tǒng)不可能涵蓋大橋的所有構(gòu)件。此外，由于現(xiàn)階段對(duì)大型橋梁在復(fù)雜環(huán)境下的響應(yīng)的認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的限制，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)某些關(guān)鍵性部位監(jiān)測(cè)不足。因此，在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，要避免完全依賴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)行橋梁工作狀態(tài)評(píng)估的思想，應(yīng)該適當(dāng)與傳統(tǒng)的檢查方法結(jié)合對(duì)大橋進(jìn)行管理維護(hù)。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)全橋整體工作性能、與橋梁安全直接相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)測(cè)以及突發(fā)事件的報(bào)警，從總體上把握全橋的工作狀態(tài)，而傳統(tǒng)檢查方法應(yīng)與健康系統(tǒng)結(jié)合一起對(duì)某些局部位置進(jìn)行檢查。如果能將橋梁人工檢查與先進(jìn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，那么現(xiàn)存檢測(cè)方法中的許多不足之處可有效消除。橋梁管理維護(hù)的新策略如圖2所示，它綜合了傳統(tǒng)的人工檢查方法與現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)的長(zhǎng)處。圖2現(xiàn)代橋梁維護(hù)策略

健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在橋梁維護(hù)管理中的作用是根據(jù)傳感器系統(tǒng)的測(cè)量值或其衍生量對(duì)橋梁整體與局部作出合理評(píng)估。其中，評(píng)估式維護(hù)工作指對(duì)橋梁構(gòu)件的不正常表現(xiàn)作出即時(shí)診斷并找出其根源。預(yù)測(cè)性維護(hù)旨在及早發(fā)現(xiàn)災(zāi)難性破壞的隱患，以便能采取措施加以消除或最低程度對(duì)其進(jìn)行控制和延緩。從這個(gè)意義上說，完整的大橋健康記錄對(duì)大跨度橋梁的健康狀態(tài)作出明確清晰的預(yù)測(cè)評(píng)估是十分重要的。預(yù)防性維護(hù)通過定期的現(xiàn)場(chǎng)檢查來落實(shí)，由目測(cè)或借助某些儀器對(duì)那些尚不明晰的問題進(jìn)行記錄分析，例如腐蝕、徐變等。當(dāng)檢測(cè)出橋梁有損傷發(fā)生時(shí)，就需要對(duì)其進(jìn)行加固，這是顯然的。在大橋整個(gè)設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)，在確保大橋安全可靠運(yùn)營(yíng)前提下，使維護(hù)管理保持在相對(duì)較低的穩(wěn)定水平，這是引進(jìn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)的終極意義之所在。（ii）充分利用好健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初期數(shù)據(jù)。從當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的橋梁健康系統(tǒng)來看，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的使用壽命難以保證，而在大橋投入使用初期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各子系統(tǒng)工作狀況較好，因此，我們認(rèn)為應(yīng)該充分利用這段時(shí)間實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的結(jié)果，建立起大橋健康工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后的損傷識(shí)別和評(píng)估提供強(qiáng)有力的依據(jù)，且通過這段時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找準(zhǔn)橋梁各構(gòu)件的變化趨勢(shì)，建立起精確可靠的預(yù)測(cè)模式，為制定長(zhǎng)期穩(wěn)定的檢查維護(hù)計(jì)劃作準(zhǔn)備。（iii）保證關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期正常采集。橋梁健康系統(tǒng)工作若干年后，一般都會(huì)有一個(gè)系統(tǒng)老化的問題，部分傳感器和傳輸線路不能正常工作，造成數(shù)據(jù)不能正常采集。切合當(dāng)前實(shí)際情況，我們的思路是系統(tǒng)運(yùn)行若干年后，要保證與橋梁安全直接相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)仍然能正常運(yùn)行，這些關(guān)鍵點(diǎn)是通過橋梁結(jié)構(gòu)分析、實(shí)橋經(jīng)驗(yàn)以及前期健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定，在這些關(guān)鍵點(diǎn)選擇耐久性好且易于更換的傳感器，以確保該點(diǎn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期正常采集。（iv）合理的選擇與使用傳感器。從目前健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器使用狀況來看，有的傳感器耐久性不夠，使用一段時(shí)間后便停止工作。通過對(duì)傳感器的革新，目前傳感器的耐久性已得到很大的提高，因此有了更多的選擇余地，對(duì)于耐久性好和易更煥的傳感器應(yīng)優(yōu)先選用；此外，制定科學(xué)的采集策略如定時(shí)采集和觸發(fā)采集，以延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。（V）合理的布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)遵循“安全優(yōu)先、整體優(yōu)先、靜力優(yōu)

先、初值優(yōu)先”的基本原則。測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案設(shè)計(jì)者必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非常熟悉，且有豐富的橋梁檢測(cè)和評(píng)估經(jīng)驗(yàn)，這樣才能把測(cè)點(diǎn)設(shè)在最合理最關(guān)鍵的位置，從而避免投資浪費(fèi)和重要數(shù)據(jù)缺失。（vi）選擇最佳的測(cè)點(diǎn)布置時(shí)機(jī)。目前有些橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往在大橋建成后布設(shè)測(cè)點(diǎn)，有的在大橋運(yùn)行一段時(shí)間后意識(shí)到其重要性后布設(shè)，有的則在出現(xiàn)裂縫或其它損傷后再進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)，我們認(rèn)為最佳的時(shí)間是在施工階段階段就進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)。在施工階段即進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀況較好、可靠性更高、發(fā)揮的實(shí)際效應(yīng)更佳。從研究現(xiàn)狀和實(shí)際應(yīng)用來看，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的評(píng)估內(nèi)容基本統(tǒng)一、評(píng)估理論日趨成熟。通過對(duì)傳感器的革新和自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的更新?lián)Q代，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)正向簡(jiǎn)單易裝、經(jīng)濟(jì)可行、持久可靠的方向發(fā)展，并已在或?qū)⒃诎ń幋髽颉⒛暇┤龢?、?rùn)揚(yáng)大橋、蘇通大橋以及陽(yáng)邏長(zhǎng)江大橋在內(nèi)的世界許多大橋中得到應(yīng)用。從發(fā)展趨勢(shì)來看，隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，健康監(jiān)測(cè)成本相對(duì)降低，而特大、復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的病害顯得愈發(fā)突出，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)已開始逐漸成為大橋建設(shè)工程的一部分，正在興建的湖北鄂東大橋、香港昂船洲大橋以及深圳西部通道大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均在進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃。鄂東大橋?qū)⑼顿Y13