橋梁結構的安全監測的介紹及方法
更新時間：2021-04-10 17:51
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橋梁結構安全（quán）是保證橋梁安全運營的重要前提，隨著我國大跨度橋梁建設的不斷發展，橋梁的安全性越（yuè）來越為社會（huì）各界所關注，國內的橋梁結構檢測分析技術（shù）不斷（duàn）提高，並逐漸應用（yòng）在（zài）橋梁結構的安全檢測中，為確保我國橋梁的安全運營，延長橋梁的使用壽命提供了技（jì）術（shù）保證。
一、橋梁（liáng）結構的安（ān）全監測
橋梁結構的安全（quán）檢測主要包括結構的病害（hài）診斷和狀（zhuàng）態檢測（cè）兩個過程，兩者之間既相互聯係又（yòu）有（yǒu）所區別，其中病害診斷是（shì）一（yī）種較高層次的橋梁安全結構監測（cè）技術，這種監測技術不僅要求對橋梁結構產生病害的部位和原因作出判斷評估，而且還要對橋梁結構的工作狀態作出初（chū）步診斷，檢測（cè）結果可以給橋梁的結構管理（lǐ）決策提供科學依據，這種監測（cè）技術又被稱為精密診斷。狀態檢測則是通過一些方法對（duì）橋梁結構（gòu）的特征參數，特別是應力、溫度、變（biàn）形、振動等進行測量，以此來判別橋梁結構的工作狀態是否正常，所以狀態檢測又稱為簡易診（zhěn）斷，主要是對橋梁結構有無病害進行評判，通常（cháng）情況下，技術人員隻要（yào）選擇恰當的檢測周期、測點以及檢測參數就能取得較好的檢測效果。簡易診斷（duàn）是對橋梁（liáng）結構（gòu）的狀態做出迅速有效的概（gài）括性評價，與此同（tóng）時，技術（shù）人員還需要結合監（jiān）測經（jīng）驗對橋梁結構狀態作出初步判斷；而精密診斷主要是針對簡易診斷（duàn）中判定的有異常（cháng）的橋梁結構進行深入的測量和評估，最後（hòu）確定使用哪種（zhǒng）必要的（de）技術措施對其加以修正。就橋梁結構監（jiān）測的（de）全過程而言，狀態監測是保證橋梁結構監測準確（què）的基礎工作，為此技術人員必須保證狀態監測采集數據的準確性，病害診斷是在狀態（tài）檢測基礎上的深化和發展，橋梁結構的病害控製是病害診斷的最終目標。
在橋梁結構檢測（cè）過程中（zhōng），如果橋梁結構出現了（le）病害，檢測參數就會（huì）表現出與（yǔ）正常狀態不同的特征，而這種差異往往包含有豐富的信息，橋梁結（jié）構安全（quán）檢測（cè）的目的在於通過監測（cè）數據尋找橋梁結構病害的特征，並對橋梁的結構安全度進行深入探究。橋梁結（jié）構的（de）安全檢測一般包括橋梁結構病害分離與評估、病害特征提取、評價與決策（cè）等幾方麵：
1.橋梁結構的狀態監測
橋梁結構的狀（zhuàng）態檢測分為連續（xù）監測和定期監測兩（liǎng）種，主要監測內容包括表麵（miàn）形貌監（jiān）測、強度監測、性能趨向監測、溫度監測、聲學監測和振動監測等，對於不同的監測對象，受（shòu）其工作性能（néng）控製因素的不同，橋梁（liáng）結構監測的物理參數也各（gè）不相同，其中振動（dòng）和（hé）噪聲檢測在橋梁檢測中的使用最廣泛（fàn），對於一些大（dà）型橋（qiáo）梁通常是以強度監測（cè）、振動（dòng）監測以及表明形貌監測為主要目標。在對橋梁結構進（jìn）行監測時，為了保證監測數（shù）據的準確性，技術（shù）人員一定要嚴格監測（cè）對象的選擇，通常情況下，應該選擇靈（líng）敏（mǐn）度較高的特征參數作（zuò）為監測數據（jù）。
2.橋梁結構的病害診（zhěn）斷
依照橋梁結構病害特征（zhēng）和決策方法的不同，橋梁結構病害診（zhěn）斷形成了不同的診斷方法，主要包括不（bú）依賴於（yú）模型和診斷方法和依賴於模型的診斷方法，針對這兩種診斷方法，使用的決策和分離（lí）方法主要（yào）有五種。
其一，模糊數學法（fǎ），在係統裝填不確定或不分明時，可以使用模糊集來描述，技術人員可以通過使用模糊聚類分析（xī）將模糊集分成不同水平的子集，並以此來判別病害最有可能屬於的子集。
其二，模式識別法，使用這種診斷方法（fǎ）需要進行離線分析和（hé）在線診斷（duàn），所謂離線分析是指通過離線分析來確定可以表達結構（gòu）狀（zhuàng）態特征向量集以及以該特征向量集所描述的病害模式向量（liàng），並以此形成病害的基本模式集；在線診斷需要實時提取結構狀態的特征（zhēng）向量，並通過判別函數對橋梁結構病害（hài）進行分離定位（wèi）。
其三，專家係統法，這種方法是通過該領域一些專家的觸覺、聽覺、嗅覺以及視覺來獲得一些客觀事實，然後依照橋梁結構以及病（bìng）害曆（lì）史對橋（qiáo）梁病（bìng）害的部位和原（yuán）因作（zuò）出判斷。這種診斷方法尤其適用於一些複雜結構的橋梁病害故障診斷。
其四，人工神經網絡法，這種診斷方法在橋梁結構病害診斷時分為兩個階段，首（shǒu）先是學習階段，技術人員需要選擇合適的網絡結構和（hé）模型，同時借助（zhù）一定的學習算法，反映係統的動態特征以及幹擾影響的變量作為神（shén）經網（wǎng）絡的輸入，對應的狀態編碼是期望輸出，形成輸（shū）入/期望輸出的樣（yàng）本，進而確定神經網絡的閾值和權值，在學習收斂之後再凍結神經網絡的閾值和權（quán）值。診斷（duàn）階段是使訓練好的神經網絡（luò）處於回想狀態，對於給定的（de）輸入，產生（shēng）相（xiàng）應的輸出，通過輸出與狀態編碼（mǎ）之（zhī）間的比較，確定病害。
最後是對比診斷法，這種診斷方法的（de）使用範圍最為（wéi）廣泛，技術人員（yuán）首先通過（guò）初期的統計歸納和計算分析（xī），確定與各（gè）個狀態相（xiàng）一致的（de）征兆（zhào），最後把征兆和基準模式（shì）相比較，獲得（dé）橋梁結構的狀態。
二、橋梁結構安全檢測的動力響應法
橋梁結構的在各（gè）種激勵下（xià）的功力響應是其整體狀態的一（yī）種度量，橋梁結構的質量和剛度在（zài）結構出（chū）現損壞而發生病害時會有所改變，動力響應也會（huì）因此而發（fā）生變化，橋梁結構的這些（xiē）變化可以通過振動測試方法得到（dào）。動（dòng）力響應（yīng）監測又可以分為（wéi）動力係數法和振動模態法兩種。
所謂動力係數是（shì）橋梁由於振動（dòng）而增加的動撓度或（huò）者應力對靜載所（suǒ）增值的比（bǐ）率。在橋梁發生（shēng）病害時，橋梁的動力係數（shù）會增加，技術人員可以使用電阻應變片或者紅外線（xiàn）撓度儀來測量橋梁的動靜應（yīng）力和（hé）動靜撓度信號，之後再使用信號采集係統的信（xìn）號，對動力係數是否超出標準值加以（yǐ）分（fèn）析，最後對橋梁的安全狀態進行（háng）評估。動力係數法的使用較為簡單，隻需要把傳感器安裝在橋梁上即可，對環境沒有汙染，操作成本較低，而且可以長期進行在線監（jiān）測，或者通過網絡進行遠（yuǎn）距離操作。例如車輛在橋麵行駛時，橋（qiáo）梁會發生振動（dòng），技術人員可以在橋梁的關鍵部位安裝一些拾振器，諸如速（sù）度傳感器、加速度計以及應變傳（chuán）感器等，通過這些（xiē）設備來測量橋梁（liáng）的動力響應，進而判斷恰頻率的相應值是否超過標準值，並由此對橋梁結構的安全性能做出相應評估。
振動模態是準確監測橋梁結構（gòu）各種參數變化以（yǐ）及評估橋梁（liáng）結構病害程度的方法。橋梁結構的振動模態可以（yǐ）使用常規的試驗模態測試（shì）分析得到，這種振動方法實施起來，不僅安全有效而且比較（jiào）經濟，振動模態在其他領域的使用為該技術在（zài）橋梁（liáng）監測（cè）中的使用積累了豐富的實踐經驗，所（suǒ）以振動模態測量在橋梁結構安全監測（cè）中的使用越（yuè）來越多。在進行模態（tài）監測分析時，技術人員應該注意數據采（cǎi）集係統、選擇恰當的傳感器和振動測點網絡、便捷的可控激振方法，分析軟件，從含噪（zào）聲的測試信（xìn）號中提取期望（wàng）的模態信息。對振動模態測量而言，結構病害敏感（gǎn）參數（shù）的（de）選擇是一個重要環節，這些敏感參（cān）數一般可以分為兩（liǎng）種，一種是盈利應變參數，例如應變能（néng）、應力分布以及應變模態（tài）等，另一種是振動模態參數，例如阻尼比、固有頻率以及模態振型。
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