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橋梁健康檢測與（yǔ）健（jiàn）康監測的區別
更新時間：2021-04-10 17:51
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　1、橋梁健康（kāng）檢測

　　1.1 傳統橋梁檢測（cè）

　　我（wǒ）國現代橋梁建設起步較晚，橋梁檢測亦落後於發達國家。目前，橋梁檢測（cè）的工程實踐大多數仍屬傳統（tǒng）意義上的橋梁檢測，即利用一（yī）些常規設備在現（xiàn）場針對橋梁結構的材料缺損等狀況（kuàng）作一定（dìng）量的數據采集，然後對數據進行處理分析，得（dé）出橋梁的損傷狀況。就鋼（gāng）筋混凝土橋梁而言（yán），傳統意義上的檢測內容包括：外觀變異（yì）情況檢測，如過大的（de）變形（xíng）；混凝土等材料品性檢測，如混凝土的裂縫、碳化等；通過靜載、動載試驗獲得橋梁在試驗條件下的結構行為等。經（jīng）過眾多（duō）的工程實踐，人們（men）開始意識到，傳統意義上的橋梁檢測存在著許多缺陷，如監（jiān）測數（shù）據的采集具有很大的人為因素和片麵性，後（hòu）期數據的處理分析（xī）融合困難，檢測結果的評價缺乏可比性等（děng）。

　　1.2 橋梁健康檢測的定義

　　橋梁健康檢測是指運用現代（dài）的傳感與通信技術，適時地采集橋梁的工作參數，由計算機利（lì）用健康檢測智能係統對工作參（cān）數進行（háng）識別、加工（gōng）和分析， 給出橋梁的健康狀況或損傷狀況，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據（jù）和指導，並為橋梁設計理論的（de）發展提供足尺寸真實構件、真（zhēn）實環境的長期（qī）設計驗證。

　　1.3 健康檢測與傳統檢測區別：橋梁健（jiàn）康檢測與傳統（tǒng）檢測之間有聯係（xì），更有區別，主要體現在以下幾個方麵。

　　（1）檢測目的。傳統橋梁（liáng）檢測往往僅是為了（le）確定橋梁的損傷狀況，一定程度上對橋梁的繼續工作（zuò）能力（lì）提（tí）出評價。橋梁健康檢測在傳統檢測的基礎上，利用健康（kāng）檢測智能係統中的數字化參數積累，對當前（qián）的橋梁設計理論提供長期（qī）的、及時的由足尺寸真實構件在真實環境下結構響應（yīng）為基礎的設（shè）計驗證，為（wéi）橋梁（liáng）理論（lùn）研究提供低（dī）成本高效率的“試驗”支持。以橋梁健康檢測作為設計的驗證具有（yǒu）前所未有的（de）優越性，相對模型試驗而言，省去了模型製作費用，成本低、足尺寸、實際（jì）環境、實際（jì）載荷，效果真實（shí）；數據的采集具有長期性，隻要橋梁“健在”，數（shù）據可以長期（qī）收集，這是以往在實驗室條件無法企（qǐ）及的（de）。因此，橋梁健（jiàn）康檢測是工程（chéng）檢測的一個分（fèn）支，已是一門具有廣闊（kuò）發展前景的新（xīn）學科。

　　（2）實現手段。傳統橋梁檢測的手（shǒu）段雖（suī）然有很大發展並（bìng）且日趨成熟，但對這些手段的應用往往是孤立的、被動的。橋梁健康檢測的手段（duàn）雖然（rán）大多源於傳統檢測手（shǒu）段，但通過傳感與通信技術的運用（yòng）已經對其賦予了新的（de）內容。橋梁（liáng）健康檢測智能係統像人的神經係統將人體各部分協調起來一樣，將各種檢測手（shǒu）段通過計算機係統有機地組合在一（yī）起，利用內部數（shù）據庫和信（xìn）號（hào）軟件接口實現參數的采集和存放，並借助於現（xiàn）代通信寬帶的不斷（duàn）拓寬和高（gāo）速高容量的計算機係統實現異地數據采集，便捷、準確、安全。

　　（3）發展趨（qū）勢。橋梁健康檢測取代傳（chuán）統（tǒng）橋梁檢測已是大勢（shì）所趨。橋梁健（jiàn）康檢測可以為業主（zhǔ）提供更加（jiā）準確和全麵的檢測評定，為設計人員提（tí）供前（qián）所未有的設計驗證資料和理論研究依據。未來以計算（suàn）機和通信等高科技為載體的橋梁健康檢測必（bì）將具有更高層次的發展和更廣闊的應用前景。

　　2、無損檢測技（jì）術

　　無損檢測技術是指在不影（yǐng）響結構或構件性能的前（qián）提下，通過測定某些適（shì）當的物理量判斷結（jié）構或構件（jiàn）性能的檢測方法。它是多學科緊密結合的高技術（shù）產物（wù），現代材料學和應用物理學的發展為無（wú）損檢測技術奠定了理論基礎，現代電子技術和計算機科學的發展為其提供了現代化（huà）的測試工具。

　　隨著橋梁（liáng）技術的飛速發展，對（duì）既有結構損傷的評定，越來越依賴於（yú）儀器（qì）對結構進行檢測。無（wú）損檢測主（zhǔ）要用於結構安全直接有關的宏觀力學性能和（hé）宏觀缺陷的測試，在橋梁工程中的應用，與下麵幾個方麵緊密相關：

　　（1）橋梁自身（shēn）材料和結構方麵的（de）特性；

　　（2） 合理選取（qǔ）反（fǎn）映橋梁整體或局部的某些性能的物理量（liàng），確定相互間的函數關係；

　　（3）檢測方（fāng）法的改進和檢測儀器的更新。

　　無損檢測（cè）技術在橋梁檢測中的應用總體上（shàng）可以概括為（wéi）基於整體的結（jié）構狀況識（shí）別和基於局部的構件損傷識別。橋梁是一個由多種材料、不同結構組合而成（chéng）的大（dà）型綜合係統，係統各個成分的重要性、應力狀態、易損性不（bú）一，剛度、動力特性也相差甚遠，所以造成橋梁檢測的（de）範圍十分廣泛、複雜（zá），如何對如此（cǐ）眾多的檢（jiǎn）測項目（mù）進行合理分類（lèi），是（shì）值得研究的問題（tí）。對此，一些學者已經進行了大量有益的研究和探索，提出了神經網（wǎng）絡（luò）法、層次分析法（fǎ）等作為分類標準進行探討（tǎo）。

　　目前常見的無損檢測技術有：

　　（1）目檢（jiǎn），簡單方（fāng）便且可靠；

　　（2）利（lì）用回彈（dàn）檢測混（hún）凝土強度及表（biǎo）麵硬度；

　　（3）利用超聲（shēng）波檢測混凝土的強度和裂縫深度；

　　（4）聲發（fā）射法，又稱AE法，它利用混凝土（tǔ）的“發聲”特點確定混凝土的結構整體（tǐ）性，主要用於檢測單個裂縫的位置、大小、方向和開裂形式，AE聲發射法儀器較（jiào）昂貴，檢（jiǎn）測時會產生較大的噪音，另外，操作對（duì）專業要求較高，檢測數據需專業人員進行（háng）分析；

　　（5）衝擊回音法；

　　（6）紅外線法；

　　（7）熱相儀成像法；

　　（8）透地雷達，用於檢測管道管線（xiàn）。

　　除此之外，還有很（hěn）多較為新興的技術被引入健康檢測中，如光纖傳感法、磁泄漏法、磁粒子法、磁場攝動、層析探（tàn）測法（fǎ）、腐蝕作用試驗、混凝土碳化測量等。值得注意的（de）是（shì），混凝土碳化測驗經常與回彈儀測混凝土強度聯合使用，因為混凝土使（shǐ）用時間較長時，會（huì）產生碳化現象，從而使混凝土變得較硬，導致回彈儀測得的強度數據不準（zhǔn）確，所（suǒ）以需要同時測（cè）量混凝土的碳化（huà）程度，從而對回彈儀測得的（de）強度值進行修正。

　　3、橋梁結構的健康監測

　　3.1 健康監測的（de）定（dìng）義

　　狹義的橋梁健（jiàn）康監測利用結構現場測試信息（xī），識別結構的整體性和損（sǔn）傷狀況，既是結（jié）構在（zài）運營中進行的監測，同時也是全局性測試。損傷識別主要（yào）包括四個層次，即損傷是否發生（shēng）、損傷（shāng）位置、損傷程（chéng）度及損傷的影響。橋梁健康監（jiān）測係統涉及結構、計算機（jī）、通（tōng）訊、試驗測量等多個領（lǐng）域和學科，已成為（wéi）當前國內外橋梁學術界和工程界的研（yán）究熱點，並且已經取得了一定研究成果。但是，由（yóu）於橋梁結構受到許多不確定性因素和複雜工作環（huán）境的（de）影（yǐng）響，以及對橋梁在使用年限內的工作（zuò）特性的變化缺乏全麵深入的（de）了解，目前所取得成就和研究還處（chù）於基礎性探索階段，還亟需廣大橋梁工作者和研（yán）究人員的不斷（duàn）努力和探索（suǒ）。特別是（shì）長期觀測的智能控製研究（jiū），使得（dé）橋梁健康監測為橋梁工程的發展（zhǎn）開辟新的空間。

　　3.2 健康監測的（de）研究動態

　　3.2.1 健康監測的研（yán）究方向

　　健康監測的（de）研究主要體現（xiàn）在以下五個方向：

　　（1）基於振動（dòng）的損傷識別；

　　（2）結（jié）構指紋及（jí）變異性；

　　（3）係（xì）統識別；

　　（4）監測測點的優化布置；

　　（5）海量數據流的處理。

　　3.2.2 理論發展

　　（1）基於（yú）振動的損傷識別

　　近現代以來，基於振動的損傷識別方法（fǎ）最早被應用（yòng）於航天、機（jī）械等領域，而橋梁結構因其振動測量比較容易實現（xiàn），得到了廣泛的應用，可以用下圖（tú）表（biǎo）述。
　　

　　常用（yòng）損傷識別方法有：指紋識別和模式識別方法、廣義（yì）係（xì）統識別方法和神經網絡法。

　　1）指紋特征參數可以建（jiàn）立如下所示的一種（zhǒng）係統：

　　

　　其本質是（shì）將結構特征的分離（lí），但實（shí）際運用依然存在很大的難度。

　　2）神經網絡方（fāng）法可以用（yòng）下圖所示的網絡加以表述：

　　

　　3）模型修正與係統識別（bié）方（fāng）法的網絡示意圖可表述為：

　　

　　由圖中（zhōng）可以得知，模型（xíng）修正實際上是一個迭代修正以使模型逐漸接近於實際結構的過程，即不斷地修正（zhèng）結構模（mó）型使輸出誤差控製在一定的範圍之（zhī）內。模型修正與係統識別方法無需損傷模式的先驗知識，係統識別的結果較容易進行分析，修正後的模型具有多種用途，優勢明顯。

　　基於振動的損傷識別主要用於結構的狀態識別、損傷診（zhěn）斷、動（dòng）力響應分析、結構應力分析、結構承載力分析、結構控製決策等方麵（miàn）。其局限性主要表現在：①結構與環境中的（de）不確（què）定因素和非結構（gòu）因素的影響；②測量信息（xī）設備不完備；③測量精度不足和（hé）測量信號噪聲的影響；④橋（qiáo）梁結構的贅餘（yú）度（dù）大，由測量信號分析的參（cān）數對結構損傷不敏感。

　　（2）結（jié）構指紋（wén）及變異性

　　長期以來，人們致力於研究對結構指紋特征的描述方法，目（mù）前提（tí）出的方法包括：振動模態參數（阻尼 、振型、自振頻率等）法；模態置信因（yīn）子法；柔度矩陣法；曲率模態差、應變模（mó）態差法；基（jī）於波形識（shí）別的指標等。影響其變異性的因（yīn）素有很多，如環境（溫度、風）、交通、模態（tài）參數（頻率、振型、阻尼（ní）等）。

　　（3）係統識別（SI）

　　係統識別有頻域和時域兩種方法，其中，頻域方法主要為FFT-BASED譜（pǔ）分析（xī）技術；時域（yù）方法則包括IBRAHIM時域法（fǎ）、隨機減量法、時間序列法、特征係統實現算法、隨即實現算法、隨機與空間識別法等方法（fǎ）。係統識別則具有OUTPUT-ONLY（隻輸出）、低頻、密模（mó）、小阻尼、測點（diǎn）少等特點。

　　3.2.3 技術動（dòng）態

　　目（mù）前，在橋梁健（jiàn）康監測領域中出現了很多（duō）新的技術動態，引入（rù）了很多新的（de）技術和思想，如在數據采集與信（xìn）號處理方麵，傳感技術（shù）和數據傳輸技術有（yǒu）很多新的進展；微電機係統領域裏，LAMB波、LOVE波、RAYLEIGH波的應用對加速度、速度、衝擊作用（yòng）、裂縫探測形成於蔓延、鋼筋腐蝕等的測量（liàng）與檢（jiǎn）測影響巨大；此外，如光纖光柵傳感（gǎn）器、攝影測量、GPS的應用也對健康監測學科的進一步發展貢獻著自己的力量。

　　3.3 橋梁健康（kāng）監測係統

　　橋梁健康監測係統最早的應用見於1987年英國的FOYLE橋，迄今已有百年多的曆（lì）史。橋（qiáo）梁健康監測係統的設計必須遵循功（gōng）能要求和效益—成本分（fèn）析兩大準則（zé）。其（qí）目的和功能主要表現在（zài）結構監（jiān）測與狀態評估、橋梁結構設計驗證和橋梁結（jié）構研（yán）究與發展等幾個方麵。一般來說，一個完整的橋梁健康監測係統主要由（yóu）以（yǐ）下幾部分組成：

　　（1）傳感係（xì）統：用於將待測物理（lǐ）量轉化為電信號，起著一個轉換器的（de）作用。

　　（2） 數據采集係統：安裝於橋梁結構中，采集結構各性（xìng）能參數的係統設備（bèi）及（jí）元件。如：采（cǎi）集位移變化的位移計，采集應變應力的應變計，測試結構及（jí）周圍環境的（de）溫度計，采集結構（gòu）靜（jìng）態參（cān）數的靜態數據采集儀等（děng）等。

　　（3） 數據通信與傳輸係統：主（zhǔ）要將采集到的數據參數通過傳輸設備傳到監測中心。

　　（4）數（shù）據分（fèn）析處理係統：對（duì）接收到（dào）的（de）數據應用相關理論或軟（ruǎn）件進行分析處理。

　　（5）報警係（xì）統（tǒng）：以數據分析結果為主，參照橋梁設計指標和結構設計規範（fàn），對結構各項性能指標進（jìn）行分析（xī），評估結構工作性能狀況並進行預警。對於預警係統（tǒng）的（de）研究目前還處（chù）於初級階段。

　　4、橋梁監測與狀態評估的發（fā）展（zhǎn）方向

　　橋梁監測（cè）與狀態評估領域未來的發展方向主要體（tǐ）現（xiàn）在以下幾個方麵：

　　（1）索支撐橋梁主（zhǔ）纜、拉索的無損檢測（cè）技術；

　　（2）橋梁結構材料的疲勞與耐久性監測；

　　（3）橋（qiáo）梁的整體性與損傷識別（bié）；

　　（4）橋梁結構的劣化模型；

　　（5）自動在運係統的（de）識別方法；

　　（6）數據流的分類、剔除與開采。

　　橋梁健康檢測和監測對橋梁工（gōng）程具有深遠的意義，已經作為一門學科活躍在橋梁工程（chéng）界的曆史舞台（tái）上。隨著它在大量（liàng）工程實踐中的不斷應用，該學科將（jiāng）會得到不斷的完善和提高，為橋（qiáo）梁工程的發展做出更大的貢獻。
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