橋梁是交通基礎設施的生命線節點工程（chéng），隨著我國橋梁建設的（de）深入，如何在運營期通過有效的管理和（hé）養護工作，有效保障橋梁的服役安全和使用性能，是21世（shì）紀橋梁的重要挑戰。
傳統的橋梁評估，是（shì）通過簡單的人工手段（duàn）進行橋梁檢測和監測，然和給出（chū）相關的加固和維護（hù）建議，然而，這種技術手段已經無法滿（mǎn）足目前橋（qiáo）梁養護的要求，難以有效的防範突發事件的發生。
隨著信息（xī）和傳感技術的發展，橋梁健（jiàn）康監測（cè）係統應運而生，該技術能（néng）夠（gòu）實時（shí）測取橋（qiáo）梁的服役狀態，從而為準確評估橋梁（liáng）性能提供數據與技術基礎。重大橋梁結構的健康（kāng）監測係統是改善橋梁運營狀態、確保橋梁服務水平的根本措施。
目前，大型（xíng）橋梁結構的健康監測理（lǐ）論及技術已成為（wéi）橋梁工程學術界、工程界及管理部（bù）門等共同關注的焦點。

一（yī）、橋梁健康監測（cè）係（xì）統（tǒng）的目的及功能（néng）

橋梁健康監測（cè）係統不隻是（shì）傳統的橋梁檢測加結構評估技術，而是被賦予了新的意（yì）義。

一般來說，橋梁健康監測需要達到（dào）如下（xià）三個目的：

1.設計驗證:通過健（jiàn）康監測（cè）所獲得的實際結構的動靜力響應驗證設計計算（suàn）理論與結果;

2.支持養護管理決策:結合結構狀態評估和損傷識別理論對健康監測所獲得的實際結構的動靜力響應做出技（jì）術判斷，並考慮工程經濟（jì）等多方麵因素，得（dé）到合理的養護決策;

3.研究發（fā）展:通過健康監測所獲得的實際結構的動靜力響（xiǎng）應還可為橋梁（liáng）工程中的未知問題的研（yán）究提供契（qì）機，如力學理論、環境荷載的建模和控（kòng）製與評估技術等。

為了實現上（shàng）述監測目（mù）的，健康監測係統需要（yào）具備如下功能:及時監測，自（zì）動實時監測環境條件和橋梁（liáng）響應（yīng）並直觀顯示結果;自動預警，根據橋梁（liáng）結構在荷載作用下反應的實測值與理論（lùn）值間的關係，對結（jié）構的損傷情況進行識別和技術狀態評估，並對（duì）結（jié）構異常緊急（jí）預警;長期連續監測，記錄結構狀（zhuàng）態及長期變化趨勢。

二、橋梁健康監測係統的組成與監測內容

一般情況下，橋梁結構健康監測係統包（bāo）含如圖1中的四個子係（xì）統，並通過網絡聯（lián）係工作。

這四個子（zǐ）係統分別是:

1.傳感（gǎn）器係統:包括（kuò）位移計、加速度計、水平儀、溫度計、風速（sù）風向儀、車軸車速儀、信息（xī）放大處理（lǐ）器及連接介麵等;

2.信息收集係統:包含信號采集、數據存儲、數據（jù）傳輸等;

3.信息處理和分析係統:包括專業分析軟件、高性能計算設（shè）備等;

4.勸評估控製係統:針對監測采集（jí）結果，結合橋梁專家意見，對監測結果進行橋梁狀態的評估，並給出有關建議（yì）。以東海大橋健康監測係統（tǒng）為例，其具備傳感器係統，數據處理（lǐ）係統，在線評（píng）估係統，離（lí）線評估係統及結構預警係統（tǒng）。

在（zài）上述監（jiān）測係統（tǒng）下，主要對橋梁結構如下狀（zhuàng）態進行監測:正常（cháng）環境與交通荷載作用下的結構物理（lǐ）與（yǔ）力學狀態（tài）;橋梁附屬結構和設施如支座、伸縮縫（féng）等的工作狀態;結構構件耐久性;橋梁所處環境條件等。

因而，橋梁健（jiàn）康監測係統主要的監測內容是:氣象環境如溫度、濕度等;結（jié）構位移如主梁和索塔（tǎ）位移（yí）;構件應力和內力如鋼梁應變、索（suǒ）力等;伸縮縫位移（yí）、支座變形、墩台沉（chén）降等;結構動力和構件疲勞（láo）等。

三、我（wǒ）國橋梁健康監測係統的發（fā）展概況

隨著（zhe）我國橋（qiáo）梁技術在近20年的飛速發（fā）展，我國已建成的大跨徑橋梁超過100多座。大跨徑橋梁的顯著特點是結構輕柔，跨（kuà）徑大，超靜定，結構狀態較難（nán）識別（bié）。

而大跨（kuà）徑橋（qiáo）梁作（zuò）為交通係統的核心通道（dào），保障其安全和（hé）性（xìng）能至關重要。因此，這些橋梁的建設，也對其建成後的養護和管理工作提出（chū）了更高（gāo）的（de）要求。

由於（yú）大跨徑橋梁運營（yíng）期間所（suǒ）麵臨的複雜（zá）環境（jìng）作用，如爆炸、船撞、重載（zǎi）車流、極端（duān）風荷載等偶然作用，也有疲（pí）勞荷載和可變（biàn）作用形成的結構耐久（jiǔ）問題，需要（yào）有行之有效的監測係（xì）統，實時掌握橋梁（liáng）的結構狀態，並提出優化（huà）的、針對性的管理和維護措施，保證橋梁（liáng）運營性能。基於（yú）此，橋梁健康監測係統應運而生。

目前，我國已有140餘（yú）座大橋安裝橋梁（liáng）健康監測係統，遍及（jí）各種（zhǒng）橋型。

總結這些橋梁的健康監測係統，主要有以下五大特點和發展趨勢:

1.傳感器（qì）多，經濟性顯著。一般而言大跨度橋梁的健康監測係統至少由100以上傳感設備，其造價占比一般達到橋梁總造價的0.5%一1.0%;

2.以橋梁管理和維護為目的，橋（qiáo）梁監測的目的就是獲得橋梁狀態，以優化管理和維護措施，保（bǎo）障橋梁性能（néng）;

3.監測係統需具備可更換和可維（wéi）護（hù）性;

4.監測係統開始延伸到施工狀態，形（xíng）成施工與運營一體（tǐ）化（huà）的橋梁監測（cè）係統;

5.雖然橋梁監測可以（yǐ）做到自動化和智能化，但對於監（jiān）測（cè）結（jié）果的（de）評（píng）估，還需要橋梁專家的（de）介入，以準確評估監測結構的真實性和合理性。

在上述健康監測係統的發展（zhǎn）狀態下，探索新技術新理（lǐ）念，將監測獲得的大數據真正用於有效的橋梁管理（lǐ）和維護中，非常重要。

四（sì）、橋梁健康監（jiān）測的新理論和新技術

橋梁健康監測係統可以作（zuò）為子係統（tǒng）包含於橋梁管理係統，是（shì）健康監（jiān）測（cè）係統設（shè）計時（shí）應注意的新理念。現有橋梁健康監測係統一（yī）般用於單座大型橋梁，是針對單一橋梁的項目級係統，通過監測儀器和軟件係統（tǒng）以實時監測為主。

橋梁管（guǎn）理係統適用於城市和公路橋梁管理，是針對（duì）橋梁群（qún）體的網絡級係統，以常規（guī）檢（jiǎn）測（cè）為（wéi）主。

傳感器優化布設技術:減少（shǎo）傳感器的數量，優化其布設位置（zhì）對於減少數量分析工作量、提高數據分析效率來講是一（yī）門非常重要的新技術。

全壽命集成:健康監測係統設計（jì）時應涉及全壽（shòu）命（mìng）周期，前伸到設計、施工階段，後續至養護管理（lǐ）階段，基於性能進行係統設計。傳感技術可行性(耐（nài）久性):傳感器能否耐久，並及時監測指標的變化是係統設計時考慮的重要事項。

4.1傳感傳輸技術

從監測內容上看，傳感傳輸領域包含變（biàn）形、位移的測量，拉索（suǒ）鏽蝕的（de）檢測，疲勞監測等的新技術（shù）。另外，傳感器技術，無線傳輸技術，健康監（jiān）測動態功耗管理技（jì）術以及狀態監（jiān）測可（kě）視化（huà）及評估輔助技術都屬於該領域研究的新技術。

經過長期的研究與改進之後，機敏網仿生裂縫監測技術（shù）、準（zhǔn）直（zhí）點激光投射（shè）式撓（náo）度監（jiān）測技術、基於（yú）GPRS壽SM的遠程傳輸技術、橋梁健康監測動（dòng）態功耗管理技（jì）術、狀態監測可視化及評估輔助技術的（de）硬件技術和軟件技（jì）術都已成熟，並且已經走向市場。圖2為光（guāng）纖傳感器示意和EM傳感（gǎn）器（qì）示（shì）層。

4.2數（shù）據處理、識別、評估、預警理（lǐ）論

數據處理（lǐ）新技術包含對（duì）海量數據篩選和數據質量提升、有效利用等處理技術。

損傷或（huò）狀（zhuàng）態識別（bié）:運營橋梁在施（shī）工過程中不（bú）可避免存在結構和構件的損傷（shāng），而監測係統需要識別這些損傷的位置和（hé）程度，才能判斷是否對橋梁結構安全和性能形成（chéng）顯著（zhe）影（yǐng）響，從（cóng）而製定加固方法和養護策略。

監測係統需要有效快速地診斷損傷。目（mù）前研究的損傷識別方法大部分（fèn）都是基於（yú）結構振動的，主要（yào）有頻率（lǜ）法（fǎ）、頻（pín）率敏感性分析法（fǎ）、模態（tài）準則MAC法、基於剛度矩陣（zhèn）的（de）模態力誤差識別法、基於柔度矩陣的識別方法（fǎ）等。

結構性能評估（gū）:影響橋梁結構（gòu）性能的（de）因素眾多，這也是監測係統應用的關鍵難點。隨著相關技術的發展，目（mù）前可以應用多種數理方法用於評估橋梁的（de）結構（gòu）性（xìng）能，例如模糊綜合評價法、神經網絡法、及（jí）基於結構可靠度的方（fāng）法，目的都是利用監測大數據，分析橋（qiáo）梁（liáng）的結構性能。

預警理論方法方麵，則包含預警指標、預警閾值和預警方法的（de）確定等，這些都是判斷預警是（shì）否正確、合理和準確的核（hé）心。

4.3技術與理論（lùn）瓶頸

橋梁結（jié）構健康監測係統這（zhè）方麵的（de）研究雖然（rán）已（yǐ）經取得了很大的進展，但是依然存在一些（xiē）問題:

首先（xiān），橋梁是由多種材料、多樣構件形成的複雜超靜定結構體係，各個構件的剛度特性都不一樣（yàng），這就形成了構件的應（yīng）力狀態、易損性、剛度及動力特性等差別很大，在受（shòu）損狀態下，通過監測結（jié）果，較難高效地識別損傷位置和損傷程度（dù），也很難通過（guò）某（mǒu）一監測結果或者指標去（qù）評估整體結（jié）構的狀態。

其次（cì），實際橋梁的狀態，可能由於施工不確定性和環（huán）境作用等因素，使得其與我們預想的結構狀態存在很大差別（bié），這就是個采用數值建模的橋梁模（mó）型並不一定能夠完全反應實際的橋梁狀態，這給橋梁的狀（zhuàng）態識別帶來很高的難度，另外大（dà）跨徑橋梁結構存在顯著的非線（xiàn）性特征，這種（zhǒng）非線（xiàn）性對於（yú）橋梁（liáng）的受力和損（sǔn）傷分析，也是非常複雜的。

最後，目前的測試設備（bèi）和傳（chuán）感器仍然存在（zài）壽命不穩定，抗幹擾性差（chà）等問（wèn）題，因此，研發（fā）高精度、高（gāo）耐久性和高準確率的測（cè）試設備和傳感（gǎn）器，對於（yú）準確獲取橋（qiáo）梁響應具有重要意義。

隨著我國橋梁建設的發展，無論是既有橋梁還是新建橋梁，對橋梁狀態評估已成（chéng）為橋梁麵臨的深刻問題。

論文探討了我國橋梁健（jiàn）康監測（cè）技術（shù）的基本狀況，通過對監測係統的功能、目的、監測內容等定義與分析，結合我國目前橋（qiáo）梁健（jiàn）康監測係統的發展概況，提出健康監測技術未來發展的關鍵方向，包括傳感技術的開發和監測理論和研究，真正（zhèng）將（jiāng）健康監測係統更有效地（dì）服務於橋梁的管理和維護中。