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橋梁健康檢測與安全監控
更新時間：2021-04-10 17:51
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　　摘要：通（tōng）過建立一個先進實用的橋梁健康與安全狀況監測係統，可以隨時掌握橋梁運營狀況（kuàng），實現大（dà）橋服務（wù）水準（zhǔn）的安全（quán）報警，合理配置大橋養（yǎng）護維修資源，為降低橋梁運營維（wéi）護成本提供（gòng）科學的依據，保證大橋檢查維修策略的製訂具有針對（duì）性、及時性和高效性。
　　關鍵詞：健康監測；橋梁承載力；養護維護；累計損傷；損傷評估　　摘要：通過建立一個先進實用的橋（qiáo）梁健康與安全狀況監測係統，可以（yǐ）隨時掌握橋梁運營（yíng）狀況，實現大橋服務（wù）水準的（de）安全報警（jǐng），合理配置大橋養護維修資源，為降低橋梁運營維護成本提供科學的依據，保證大橋檢查維（wéi）修策略的製訂具有針對（duì）性、及時性（xìng）和（hé）高效性（xìng）。
中國論文網 http://www.xzbu.com/2/view-3859763.htm
　　關鍵詞：健康監測；橋梁承載力；養護維護；累計損傷；損傷評估；橋梁安全監測
　　中（zhōng）圖分類號（hào）：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（shī），因此其使用的安全（quán）性對橋梁本身（shēn）及國民經濟有著舉足輕重的作用。在其運營過程中，由於荷載作用、疲勞效應和材料（liào）老化（huà）等不利（lì）因素的（de）影響，橋梁結構將（jiāng）不可避免地產生老化現象，損（sǔn）傷積累（lèi），甚至（zhì）導致突發事故，為此對橋梁等大型基礎設施進行健康監測，可（kě）以隨時掌握橋梁的健康狀態，使大（dà）橋的養護維修工作更具（jù）有理論（lùn）指導性。監測資料可以提高人們對於大型複雜結構的認識，為以後的設計和建造提供（gòng）更為可靠的依據。
　　2 橋梁健康與（yǔ）安全監測的內容
　　2.1健康項目需求分析
　　大橋健康與安全監測係統需要考慮多種因素（sù），全麵了解橋梁的狀況才能建立一套在橋梁運營期間內真正適應的係統。健康係統首先必需考慮橋（qiáo）梁結構形式的特點，吸（xī）取設計單位有關意見，針對不同的橋型（xíng）選擇不同側重點（diǎn）的監控項目及研究方法：還（hái）需要從運營（yíng）期養護維修的角度出發，考慮提供詳細必（bì）要的數據給養護管理係統，為養護需求、養護措施采用決（jué）策提供科學的依據，確保結構安全運營的目（mù）的，真正的做到預防（fáng）性的養護。
　　2.2橋梁健康監測（cè）的主（zhǔ）要內容
　　橋梁的健康監測（cè）貫穿於橋梁運營（yíng）壽命的（de）全過程（chéng），橋（qiáo）梁健（jiàn）康監測的內容同時也與橋梁（liáng）形式、橋梁的自身特（tè）點（diǎn）有關。也就是橋梁健康監測內容對於橋梁（liáng）可靠度評估有一定的現實指（zhǐ）導意義。
　　1）撓度變形的監測：
　　2）應力（應變）監測；
　　3）動應（yīng）變監測：
　　4）溫度監測：
　　5）動態稱重監測：
　　6）外觀（guān）監（jiān）測。
　　3 橋梁健康與安全監測理論
　　3.1橋梁健康監（jiān）測的概念
　　橋梁健康監測的基本內涵即是通過對橋梁結構狀（zhuàng）態的監控與評估，為大（dà）橋（qiáo）在特殊氣候或橋梁運營狀態嚴重（chóng）異常時觸發預（yù）警（jǐng）信號，為橋梁維護、維（wéi）修與管理決策提供依據和指導。為此，監測係統對（duì）以下幾個（gè）方麵進行監（jiān）控：①橋（qiáo）梁結構在正常環境與交通條件下運營的物理與力學狀態（tài）；②橋梁重要非（fēi）結構構件（如支座）和附屬設施（如振動控製元（yuán）件）的工作（zuò）狀態；③結構構件的耐久性；④大橋（qiáo）所處環境條（tiáo）件等等。
　　3.2健康監測（cè）係統的構（gòu）成
　　健康監測係（xì）統主（zhǔ）要由現場自動測試係統（tǒng）、遠程控製（zhì）中心係統（tǒng）及分析中心係統三大（dà）部（bù）分組成，各（gè）個係統主（zhǔ）要（yào）的功能如（rú）下：
　　1）現場自動測量係（xì）統：
　　2）遠程（chéng）控製中心係統（tǒng）：
　　3）分析中心係統。
　　具體來講（jiǎng），監測係統一般有應變計、傳輸線、應變測試儀、數據采集器與處理係統組成。可以采用施工預埋測試應變元件和表麵粘結應變測試元件作為監測點的應變監測傳感器，數（shù）據采集采用網絡接（jiē）口和計算機相（xiàng）連，以實現（xiàn）數據的（de）采集、處（chù）理和（hé）遠（yuǎn）程控製。
　　3.3數據處理和傳輸係統
　　該係統利用外場數據采集計算機係統對被測物理量結果進行（háng）預處理（如測量結果的修正換算、主應變計算等），並（bìng）按照規定的格式整理形成數據文（wén）件，通過光（guāng）纖調製解調器（qì）將經過預處理後的數據傳送至監控通信收集（jí）中心。數據（jù）處理功能在結構健康和安全監（jiān）測計算機係（xì）統內完成，而結構健康與安全（quán）監測計（jì）算機係統由以下部分組成：
　　1）數據存儲管（guǎn）理與查詢應用係（xì）統；
　　2）結構實時（shí）變形動態顯示係統；
　　3）服務水準安全警報係統。
　　3.4結構健康與安全評估係統
　　結構健（jiàn）康（kāng）與安（ān）全評估（gū）係統主要是根據對橋梁進（jìn）行綜合的監測結果（guǒ），分析獲取橋梁結構特征參數，並進行橋梁結構特性參數與橋梁結（jié）構（gòu）狀態之間的精（jīng）確關係或模糊關係，建立橋梁（liáng）結構工作（zuò）狀態評定與損傷（shāng）識別的知識庫和機理，實（shí）現對所監測橋梁結構與安全的評估，為橋梁的養護檢查或者維修（xiū）加固（gù）決策（cè）實施的製訂提供科學（xué）的依據。該係統應包括以下幾個模塊（kuài）：
　　1）結構幾（jǐ）何形態參數（shù）評估模塊
　　2）基於結構變形的損傷識別模塊
　　3）基於結構內力或應力的損傷識別模塊
　　4）基於結（jié）構振動特性（xìng）參數（shù）的損傷識別模塊
　　5）橋（qiáo）梁結構工作狀態評估模塊
　　6）橋梁（liáng）承載能力鑒定模塊
　　4 損傷（shāng）評估法
　　4.1局部損傷評（píng）估法
　　通過橋（qiáo）梁線性、沉降、整體動力（lì）特性等參數的觀測，與初始（shǐ）狀態進行對比、並分（fèn）析（xī）其發展趨勢，可以從整體上評（píng）價橋梁的健康狀態，但難以了解部（bù）局的情況（kuàng）。因此在橋梁（liáng）的關鍵部位以及監測人員（yuán）難以達到的地方布設測點進（jìn）行監測（cè），並通過局部損傷的評估（gū）方法進行研究。
　　4.2積累損傷與剩餘疲勞壽命評估方法
　　通過對橋梁關鍵部位進（jìn）行長期應力/應變的監測，在長期監測的基礎之上（shàng）可以得到詳細的疲（pí）勞（láo）數據，從（cóng）而可以進行（háng）有效的累計損傷和（hé）剩餘壽（shòu）命的（de）評估。
　　5 總結
　  橋梁結構健康監測（cè）是運用了現代化（huà）傳（chuán）感技術與通訊（xùn）技術，實時監測橋梁在運營階段各種環境條件（jiàn）下結構的響應（yīng）和行為特征，獲取反映結（jié）構狀態和環境因數的各種（zhǒng）信（xìn）息，由此（cǐ）分析橋梁結構健康狀態，並且評估結構（gòu）的（de）可靠性（xìng），為橋（qiáo）梁的管理和維修決策提供科學依據。與此同時，橋梁結構健康監測對於驗證與改進（jìn）結構設（shè）計理論（lùn）與方法、開發（fā）與實現各種結構控製技術（shù）及深入研究大型橋梁結（jié）構的未知（zhī）問（wèn）題具（jù）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（qī）長的（de）大型基礎設（shè）施，因此其使用的安全性對橋梁本身及國民經濟有著舉足輕重（chóng）的（de）作用。在其運營（yíng）過程中，由於荷（hé）載作用、疲勞效應和材料老化等（děng）不利因素的（de）影響，橋梁結構將（jiāng）不可避免地（dì）產（chǎn）生老化現象，損傷積累，甚至導致突發事故，為此對橋梁等大型基礎設施進行健康監測，可以隨時掌握（wò）橋梁的健康狀態，使大橋的養（yǎng）護維修工作更具有理論指導性。監測資料可以提高（gāo）人們對於大型複雜結構的認識（shí），為以後的設計和建造提供（gòng）更為可靠的依據。
　　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）測係統需要考慮多種因素，全（quán）麵了解橋梁的狀況（kuàng）才（cái）能建立一套在橋梁運營期間內真正適應的係統。健康係（xì）統首先必需考慮橋梁結構形（xíng）式（shì）的特點，吸取設（shè）計單位（wèi）有關意見，針對不同的（de）橋型選擇不（bú）同側（cè）重（chóng）點的監（jiān）控項目及研究方法（fǎ）：還需要從運營期養護維（wéi）修的角度出發（fā），考慮提供詳細必要的數據給養（yǎng）護管理係統（tǒng），為養（yǎng）護需求、養護措（cuò）施采用決策提供科（kē）學的依據，確保結構安全運營的目的，真正的做到預防性的養護。
　　2.2橋梁健（jiàn）康監（jiān）測的主要內容
　　橋梁的健康監測貫穿於橋梁運營壽命的全過程，橋梁（liáng）健康監測的內容（róng）同時也與（yǔ）橋梁形式、橋梁的自身（shēn）特點有關。也就是（shì）橋梁健康監測內容對於橋梁可靠度評估有一定的現實指導意（yì）義。
　　1）撓度（dù）變形的監測：
　　2）應力（應變）監測；
　　3）動應變監測：
　　4）溫（wēn）度監測：
　　5）動態稱重監測：
　　6）外觀監測。
　　3 橋梁健（jiàn）康與安全監測理論
　　3.1橋梁健康監測（cè）的概念
　　橋梁健康監測的基本內涵即是通過對橋梁（liáng）結構（gòu）狀態的監控與評估，為大橋在特殊氣候或（huò）橋梁運（yùn）營狀態嚴重異常時觸發預警信號，為（wéi）橋梁維護、維修與管理決策提供依據和指導。為此（cǐ），監測係統對以下幾個方麵進行監控：①橋梁結構在（zài）正常環境與交（jiāo）通條件（jiàn）下運（yùn）營的物理與力學狀態；②橋梁重（chóng）要非結構構件（如支座）和（hé）附屬設施（shī）（如振動控製（zhì）元件）的工作狀態；③結構構件的（de）耐久性；④大橋所處環境條件等等。
　　3.2健康監測（cè）係統的（de）構成
　　健康（kāng）監測係（xì）統主要由現場自動測試係統、遠程控製中心係統及分析中心係統三大部分組成，各個係（xì）統主（zhǔ）要的功能如下：
　　1）現場自動測量係統：
　　2）遠程控製中（zhōng）心係統：
　　3）分析中心係（xì）統。
　　具體來講（jiǎng），監測（cè）係（xì）統一般有應變計（jì）、傳輸線、應變測試儀、數據采集器與處理係統組（zǔ）成。可以采用（yòng）施工預（yù）埋測試應變元件和表麵粘結應（yīng）變（biàn）測試元（yuán）件作為監測點的應變監測（cè）傳感器，數（shù）據采集采用網絡接口和計算機相連（lián），以實現（xiàn）數據的采集、處理和遠程控製。
　　3.3數據處理和（hé）傳輸係統
　　該係（xì）統利用外場數據（jù）采集計算機係統（tǒng）對被測物理量結果（guǒ）進行預處理（如測量結果的修（xiū）正換算、主應變計算等），並按照規定的格式整理形成數據文件，通過光纖調製解調器將經過預處理後的數據（jù）傳送至監控通信收集（jí）中心（xīn）。數據處理功（gōng）能在結構健康和安全監測計算機係（xì）統內完成，而結（jié）構健康與安全監測計算機係統由以下部分組成：
　　1）數據存儲管理（lǐ）與查詢應（yīng）用係統；
　　2）結構（gòu）實時變形動態顯（xiǎn）示係（xì）統；
　　3）服務水準安全警報（bào）係統。
　　3.4結構健康與安全評估係統
　　結構健康（kāng）與安全評估係統主要是根據（jù）對橋梁進（jìn）行綜合的監測結（jié）果，分析（xī）獲取橋梁結構特征參數，並進行（háng）橋梁結構特性參數與橋梁結構狀態之間的精確關係或模糊（hú）關係，建立橋梁結構工作狀態評（píng）定與損傷識別的知識庫和機理（lǐ），實現對所監測橋梁結構與安全的評估，為橋梁的養護檢查或者（zhě）維修（xiū）加固（gù）決策實施的製（zhì）訂提供科學的（de）依據。該係統應包括以下幾個模塊：
　　1）結構（gòu）幾何形態參數評估模塊
　　2）基於結構變形的損傷識別模（mó）塊（kuài）
　　3）基於結構內力（lì）或應力的損傷識別模塊
　　4）基於結構振動（dòng）特性參數的損傷識（shí）別模塊
　　5）橋梁結構工作狀態評估模塊
　　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（chén）降、整體動力特性等參數的觀測，與初始狀態進（jìn）行對比、並分析其發（fā）展趨勢，可以從整體上評價橋梁的健康狀態，但難以了解部局的情況。因此在橋梁的關鍵部位以及監測人員難以達到的地（dì）方布設測點進行監測，並通過局部（bù）損傷的評估方法（fǎ）進行研究。
　　4.2積累損傷與剩餘（yú）疲勞壽命評估方法
　　通過對橋梁（liáng）關鍵部位進行長期應力（lì）/應（yīng）變的監測，在長期監測的基礎之上可以得到詳細的疲勞數據，從而可以進行有效的累計損傷和剩餘壽命（mìng）的評估。
　　5 總結
　　橋梁結構（gòu）健康監（jiān）測（cè）是運用了現代化傳（chuán）感技術與通（tōng）訊技術，實時監測橋梁在運營階段各種環境條件下結（jié）構的響應和行為特征，獲取（qǔ）反映（yìng）結構狀態（tài）和環境因數的各（gè）種（zhǒng）信息，由此分析（xī）橋梁結構健康狀態，並且（qiě）評（píng）估結構的可靠性，為橋梁的管理和維（wéi）修決（jué）策提供（gòng）科學依據。與此同時，橋梁結構健康監測對於驗（yàn）證與改進結構設計理論與方法、開發與（yǔ）實現各種結構控製（zhì）技術及深入研究大型橋梁結構的未知問題具有重要意（yì）義。
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