橋梁結構健康監測的（de）現狀，並分析了現行的幾類主要的橋梁健康狀況的綜合評（píng）估方法，最後提出了一種基於統計對比診斷原理的橋梁健康評定新方法。
　　【關鍵詞】橋梁；健康監測；評定方法
　　1.橋梁健康監測的現狀
　　橋梁是國家交通（tōng）運輸體係中的（de）重要組成部分，大型（xíng）橋梁的（de）興建對地區經濟發展往往具有重要（yào）意義。建國以來已經修建了（le）數量眾多、規模各異的橋梁，這些橋梁往往都（dōu）成為交通網絡中的關鍵部分（fèn）。一旦發生橋（qiáo）梁損毀事故，造成的後果往往都比較嚴重。橋梁健康狀況的監測可以對橋梁的（de）運行狀況做及時（shí）的了解和預測（cè），對於預防（fáng）橋梁損毀事故顯得尤為重要。從當前橋梁健康監測的目（mù）的來看，主要可以分為兩類，一是出於對橋梁（liáng）運行狀況的實時掌握，二是通過對橋（qiáo）梁各種變形數（shù）據的監（jiān）測來進一（yī）步的掌握新型橋梁的設計理念。這兩（liǎng）類橋梁監測目的（de）都需要依賴於一定的硬件和軟件係統來完成。一（yī）般而言，橋梁健（jiàn）康監（jiān）測係統由四個主要部分組成：傳感器、數（shù）據采集與傳輸係統、數據處理與分析（xī）係統、安全評估係統，分別實現從橋梁運行實時數據的采集、傳輸、處理和（hé）評估。國內對（duì）橋（qiáo）梁健康（kāng）監測（cè）技術的研究相對較晚（wǎn），因此對橋梁健（jiàn）康監測這四個基本係統的研究還並不普及（jí）。在20世紀90年代開始啟動對橋梁（liáng）的健康監測以來，監（jiān）測係統大多設置在大型橋（qiáo）梁上（shàng），對（duì）普通橋梁（liáng）的健康監測還不（bú）夠完善（shàn）。其中最重要的（de）是數據采集係統得到的數據的分析方法（fǎ）上的（de）研究不夠（gòu）深入，對橋梁健康狀況的評（píng）估方法不夠（gòu）完善。因此本文將就橋梁健康狀況的評估方法（fǎ）展開討論。
　　2.橋梁健康狀況的評估方法
　　在組成（chéng）橋梁健康監測係（xì）統的四個主要部分中，前麵三個都是數據采集和初步的處理，關鍵是第四部分，即對（duì）這些實測數據的使用，也就是對橋梁健康狀況的綜合評估。這是當前（qián）橋梁研究的難點問題之一（yī）。
　　2.1橋梁健康基準數（shù）據的計算方法
　　橋（qiáo）梁健（jiàn）康狀況評估的基本思路是將（jiāng）實測數據與橋（qiáo）梁（liáng）的健康基準數據進行對比分析（xī），類似於人體（tǐ）健（jiàn）康體檢。而橋梁（liáng）健康基準（zhǔn）數據的獲取也（yě）是一個（gè）值得深入研究的問題，目前較為普遍的方法是采用有限元法進（jìn）行模擬，模擬方法主要（yào）有以下三種形式：
　　2.1.1設計標準模型
　　這類方（fāng）法是以（yǐ）橋梁（liáng）設計時的數據作為基準，以設計（jì）圖紙所提供（gòng）的基（jī）本參數來（lái）建立有限元模（mó）型，通過（guò）模擬計算來得到橋梁（liáng）各關鍵部（bù）位上（shàng）的基準參考數據（jù），這類（lèi）模擬（nǐ）方法所得到的橋梁健康基準數（shù）據較為理想化。
　　2.1.2竣工基準模型
　　這類模型考慮到橋梁設（shè）計圖紙和實際施工之間的差異，因此以橋梁在竣工後的實際數據來作為（wéi）有限（xiàn）元模擬的基礎數據，從而得（dé）到橋梁（liáng）健康基準參考數據。
　　2.1.3動（dòng）態基準模型
　　這類模型的思路是以橋梁近期的安全狀況數（shù）據作為監測（cè）橋梁當前健康狀況評估（gū）的基（jī）準數據。在獲得了橋梁健康基準數據後，經過一定的方法來對比分析橋梁實時監測數（shù）據便可進行橋梁的健康狀況評定。
　　2.2橋梁健康狀況的綜合評定方法
　　在獲得（dé）橋梁健康的基準（zhǔn）數據（jù）後，便可通過一（yī）定（dìng）的方（fāng）法來實現對橋梁健康狀況的評定。評（píng）定方法（fǎ）主要以所采用的數學（xué）模型的差異來劃（huá）分，主要有以下4種主要的評定方法：①模糊綜合評定（dìng）法 這類評定方法利用實測數據和專業人員的經驗（yàn），將數據進行模糊化的處理，利用模糊評判方法綜合考慮（lǜ）橋梁運行中的不確定因素（sù），從而得出橋梁的健康狀況評定結果；②灰關聯評價方法 這種綜合評價方法認為橋梁的實測（cè）數據具有（yǒu）灰色性，部分信（xìn）息已知而部分信息未知，利用灰色係統理論來綜合評判數（shù）據采集係統獲得的橋梁運行數（shù）據；③神（shén）經網絡推理法 這類方法利用（yòng）人工神經網（wǎng）絡的推理（lǐ）機製（zhì）來對橋梁監測數據進行推理和評判；④德爾菲法 這類方法是利用專家預測的方式，經（jīng）過若幹輪次的數據反饋和專家分析，最終得到較為統一（yī）的（de）評判結果。
　　本文將在上述幾類評判方法的基礎上研究一（yī）種基於靜力識別的統計對比診斷的橋梁健（jiàn）康狀況評定方（fāng）法。
　　3.橋梁（liáng）健康（kāng）狀況的統計對比診斷法研究
　　3.1基本原理
　　橋梁在投入使用後的健康（kāng）狀況和（hé）設計水平有關，也和運行環境有關。設（shè）計時的條件和實際運（yùn）行中的（de）條件構（gòu）成了一組基本的對比關係。統（tǒng）計對比診斷法的原理就是以這（zhè）種基本的對比關係為基礎，具體實施步驟（zhòu）如下：①統計橋梁在正常使用中（zhōng）的（de）健康狀態運行數據，重點收集橋梁在運行中的環境因素和橋梁結構響應標（biāo）量之間的數（shù）據樣本（běn）；②通（tōng）過對監測（cè）係統收集到的橋梁運行數（shù）據的統計分析，建立（lì）起橋（qiáo）梁結構響應（yīng）變量和環境因素之間的函數關係；③利用步驟2建立的函數（shù）關（guān）係，將橋梁實際運行中的得到的環境變（biàn）量作為輸入，通過（guò）函數關係的計算得到橋梁結構的響應量預測值；④計算橋梁結構響應預測值與實測值之間的（de）差值；⑤通（tōng）過分析差值（zhí）與診斷標準之（zhī）間的（de）差異（yì）來評判橋梁的健康（kāng）狀況。
　　3.2模型（xíng）的建立
　　3.2.1橋梁結構響應量與因變量之間的函數關係（xì）
　　橋梁（liáng）結（jié）構的（de）響應量取（qǔ）以下幾類：結構應變值、結構撓度、橋梁支座（zuò）位移量和橋梁自振頻率。因變量取以下兩類：橋梁荷載、環境溫（wēn）度、濕度等（děng）。設橋梁結構響應量與因變量之間的預測函數關係為（wéi）R=f(x,y,…z)，R為橋（qiáo）梁結構的響應量，x,y,…z為因變量。由該函數關係（xì）可（kě）見，這是一個多因多果的對應關係，因此可以在大量實測數據的的基礎上利用多元統計分析原理來建立起函數關係，本文中采用（yòng）最小二乘法來進行這些因素（sù）之間的多元（yuán）回歸統（tǒng）計分析的計算。
　　3.2.2評估方法
　　在完成第一步所需的預測函數後，將實測（cè）的（de）因變量帶入該函數中，分別計算橋梁各結構（gòu）響應量的函數預測值，再將預測值與橋梁結構（gòu）的實測（cè）響應量進行統計對比分析，設橋梁各結（jié）構響應量的函數預（yù）測值為X’，橋（qiáo）梁結構的實測響應量為X，允許偏差的臨界值為ε1,ε2，且有ε1＜ε2，則可根據預測值與實測值之間的差異來評判橋梁結構的健康狀況，分為以下3種（zhǒng）基本的情形：①X’-X≤ε1說明（míng）預測值（zhí）與實測值之間的差異在允許範圍（wéi）之內，橋梁結（jié）構的健康狀況理想；②ε1＜X’-X≤ε2說明（míng）預測值（zhí）與實測值之間的差異大（dà）於理想狀況是允許誤差，但仍然在正常（cháng）運行範圍之內；③X’-X＞ε2說明預（yù）測值與實測值之間的差異較大，已（yǐ）經超出了允許的範圍（wéi），應當對橋梁健康狀（zhuàng）況進行實地結構檢查來（lái）確定橋梁運行的狀況。
　　由此可見（jiàn），臨界值ε1,ε2的（de）物理意義是橋（qiáo）梁結（jié）構（gòu）運行健康狀況的分級報警臨界值。因此應（yīng）用統計對（duì）比方法來評判橋（qiáo）梁的（de）健康狀況的關鍵（jiàn）是合理確定這兩（liǎng）類臨界值。在確定這兩類臨界值時按如下方法進行：①ε1借鑒鐵路橋梁相關規範中的“通常值”的概念，以對橋梁建成後處於完好狀態下的（de）結構響應數據為依據，並通過與結構響應預測函數的輸出值（zhí）之（zhī）間的數據分析做對比綜合確定ε1；②ε2從定義中可以看（kàn）出ε2是（shì）一類安全預（yù）警的臨界值（zhí）。因此（cǐ）在確定ε2時主要考慮國家相關規範中對橋梁結構（gòu）各部分在荷載（zǎi）下安全閾值，如結構的容許應力、容許撓度、最大振幅等。相對於ε1的確定方（fāng）法，ε2的確定（dìng）更為複雜。由於（yú）ε2表征的是橋梁即將進（jìn）入危險狀況下的臨（lín）界值，而何種狀（zhuàng）態屬於危險狀（zhuàng）況需要多方（fāng）綜合評定，因此ε2的確定和（hé）國家規範、技術經濟等因素都有關係，要綜合考慮後才能確定。根據筆者（zhě）經驗（yàn）和橋梁健（jiàn）康監測和評定（dìng）的實際需要，建議以國家規範為基礎，結合橋梁的設（shè）計資料（liào），對橋梁在（zài）完全健（jiàn）康狀況下（xià）做動載和靜載分（fèn）析後的數據來綜合確（què）定ε2。
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