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論橋梁健康檢測與健康監測的（de）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（qiáo）梁檢測

　　我國現代橋梁建設起步較（jiào）晚，橋梁檢測亦落後於發達（dá）國家。目前（qián），橋梁檢測的工程實踐大多數仍屬傳統（tǒng）意義上的（de）橋梁檢測，即利（lì）用一（yī）些（xiē）常規（guī）設備在現場針對橋梁（liáng）結構的材料缺損等狀況作一（yī）定量的數據（jù）采集，然後對數據進（jìn）行處理分析，得出橋梁（liáng）的損傷狀（zhuàng）況（kuàng）。就鋼筋混凝土橋梁而言，傳統意義（yì）上的檢測內容包括：外觀變異（yì）情況檢測（cè），如（rú）過大的變形；混凝土等材料（liào）品性檢測，如混凝土的（de）裂縫、碳化等；通過靜（jìng）載、動載試驗獲得橋梁在試驗條件下的結構行為等。經過眾（zhòng）多的工程實踐，人們開始（shǐ）意識到，傳統意義上的橋梁檢測存在著許多缺陷，如監測數據的采集具有很（hěn）大的人為因素和片麵（miàn）性，後期數據的處理分析（xī）融合困難，檢測結果的評（píng）價缺乏可比性等。

　　1.2 橋梁健康檢測的定義

　　橋梁健康檢測是指運用現代的傳感與通信技術，適時（shí）地采集橋梁的工作參（cān）數，由計（jì）算機利用健（jiàn）康檢（jiǎn）測智能係統（tǒng）對工作參數進行識別、加工和分析， 給出橋梁的健康狀況或損傷狀況，為橋梁維護、維修（xiū）與管理決策提供依據和指導，並為橋梁設計理論的發（fā）展提供足尺寸真實（shí）構件、真實環境的長期設計驗證。

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

　　（1）檢（jiǎn）測目的（de）。傳統橋梁（liáng）檢測（cè）往往僅（jǐn）是為了確定橋梁的（de）損傷狀況，一（yī）定程度上對橋梁的繼續工作能力提（tí）出評（píng）價。橋梁健康檢（jiǎn）測在（zài）傳統檢測的基礎上，利用健康檢測智能係統中的數字化參數積累，對（duì）當前的橋梁設計理論提供長期的、及時的由足尺寸真實構（gòu）件在真（zhēn）實環境下結構響應為基礎的設（shè）計驗證，為橋梁理論研究提供低成本高效率的“試驗”支持。以橋梁健（jiàn）康檢測作為（wéi）設計的驗證（zhèng）具有前所未有的優越性，相對模型試驗而言，省去了模型製作費用，成（chéng）本低、足（zú）尺（chǐ）寸、實際環境、實際（jì）載荷，效果真實；數據的采集具有長期（qī）性，隻要（yào）橋梁“健（jiàn）在”，數據可以長期收集，這是以往在實（shí）驗室條件無法企及的。因此，橋梁（liáng）健康檢測是工程檢測的一（yī）個分支（zhī），已是一（yī）門具有廣（guǎng）闊發（fā）展前景的新學科。

　　（2）實（shí）現手段。傳統橋梁（liáng）檢測的手段雖然（rán）有很大（dà）發展（zhǎn）並且（qiě）日趨成熟，但對這些手段的應用往往是孤立的（de）、被動的。橋梁健康檢測的手段雖然大多源於傳統檢（jiǎn）測手段，但通過傳感與通信技術的運用已經對其賦予了新的內（nèi）容。橋梁健康檢測智能係統像人的神經係統將人（rén）體各部（bù）分協調（diào）起來一樣（yàng），將各種檢測手段通過計算機（jī）係（xì）統（tǒng）有機地組合在一起，利用內部（bù）數據庫和信號（hào）軟件接（jiē）口實現參數的采（cǎi）集和存（cún）放，並借（jiè）助於現代通信寬（kuān）帶的不斷拓寬和高速高（gāo）容量的計算機係統實現異地數據采（cǎi）集（jí），便（biàn）捷、準確、安全。

　　（3）發展趨勢。橋梁健康檢測取代傳統橋梁檢測已是大勢所趨。橋梁健康（kāng）檢（jiǎn）測可以為業主提供更加準確和全麵的檢測評定（dìng），為設計人員提（tí）供前所未有的設計（jì）驗證資料和理論研究依（yī）據。未來以計算機和通信等高科技為載體的橋梁健康檢測必將（jiāng）具有更高層次的發展和（hé）更廣闊的應用前景（jǐng）。

　　2、無損檢測技（jì）術

　　無損檢測（cè）技術是指在不影響結（jié）構或構件性能的（de）前提下，通過測定某些適當的物理量判斷結構（gòu）或構件性能（néng）的檢測方法。它是多學科緊密結合的高技術產（chǎn）物，現代（dài）材料學（xué）和應用物理學的發展為無（wú）損檢測技術（shù）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的測試工具。

　　隨著橋梁技術的飛速發展，對既有結構損傷的評定，越來越依賴於儀器對結構進（jìn）行檢測。無損檢（jiǎn）測主要用於（yú）結構安全直接有關的宏（hóng）觀力學性能和宏觀缺陷的測（cè）試，在橋（qiáo）梁工程中的（de）應用，與下（xià）麵幾個方麵緊密相關：

　　（1）橋梁自身材料和結構方麵的特性；

　　（2） 合理選取（qǔ）反映橋梁整體或局部的某些（xiē）性能的物（wù）理量，確定（dìng）相互間的函數關係；

　　（3）檢測方法的改進和檢測儀器的更新。

　　無損檢測技術（shù）在橋梁檢測中的應用總體上可以概（gài）括為基於整體的結構狀況識別和基於局部的（de）構件損傷識別。橋梁是一個由多（duō）種材料、不同結構組合而成的大型綜合係統，係統各個成分的（de）重要性、應力狀（zhuàng）態、易損（sǔn）性不一，剛度、動力特性也相差甚遠，所以造成（chéng）橋（qiáo）梁檢測的範圍十（shí）分廣泛、複雜，如何對如此（cǐ）眾多的檢測項目進行合（hé）理分類，是值得研究的問題。對此，一（yī）些學者已經進行了大量有益的研究和（hé）探索，提（tí）出了神經（jīng）網（wǎng）絡法、層次（cì）分析法等作（zuò）為（wéi）分類標準進行探（tàn）討。

　　目前常見的無損檢測技術有：

　　（1）目檢，簡單（dān）方便且可靠；

　　（2）利用回彈檢測混凝土強度及表麵（miàn）硬度；

　　（3）利用超聲波檢測混（hún）凝土的強度和裂縫深度；

　　（4）聲發射法，又稱AE法，它利用混凝（níng）土的（de）“發聲”特點確定混凝土的結構整體性，主要用於檢測單個裂縫的（de）位置、大小、方向和開裂形式，AE聲發射法儀器較昂貴，檢測時（shí）會產生較大的噪音，另外（wài），操作（zuò）對專業要求較高，檢測數據需專業人員進行分析；

　　（5）衝擊回音法；

　　（6）紅外線法；

　　（7）熱（rè）相儀成像法；

　　（8）透地雷達，用於檢測（cè）管道（dào）管線。

　　除此之（zhī）外，還有很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、層析探測法（fǎ）、腐蝕作用試驗、混（hún）凝土碳化（huà）測量等。值得注意的是，混凝土碳化測驗經常與回彈儀測混凝（níng）土強度聯合使（shǐ）用，因為混凝土使用時間較長（zhǎng）時，會產生碳化現象，從（cóng）而使混凝（níng）土變得較（jiào）硬，導致回彈儀測得的強度數據不準確（què），所以需要同時測量混凝土的碳化程度，從（cóng）而對（duì）回彈儀測得的強度值（zhí）進行修正。

　　3、橋梁（liáng）結構的健康監測

　　3.1 健康監（jiān）測的定義

　　狹義的橋梁健康監測利用結構現場測試信息，識別結（jié）構的整體性和（hé）損傷狀（zhuàng）況（kuàng），既是結構在運營中進行（háng）的監測（cè），同時也是全局性測試（shì）。損傷識別主（zhǔ）要包（bāo）括四個層次，即損傷是否發生、損傷位置、損傷程度及損（sǔn）傷的影響。橋梁健（jiàn）康監測係（xì）統涉及（jí）結構、計算（suàn）機、通訊、試驗測量等多個領域和學科，已（yǐ）成為當前國內外橋梁學術界（jiè）和工程界的研究熱點，並且已經取得了一定研究成果。但是，由於橋梁結構（gòu）受到許多不確定性因素和複雜工作環境（jìng）的影響，以及對橋（qiáo）梁在使用年限（xiàn）內的工作特性的變化缺乏全麵深入的了解（jiě），目前（qián）所取得成就和研究還處於（yú）基礎（chǔ）性探索階段，還亟需廣大橋梁工作者和研究（jiū）人員的不斷努力和探索。特別是長期觀測的智能控製研究，使得橋梁健康監測為橋梁工程的（de）發（fā）展（zhǎn）開（kāi）辟新的空間。

　　3.2 健康監測（cè）的研究動態

　　3.2.1 健康監測的研究方向

　　健康監測的（de）研究主要體現在以下五個方向：

　　（1）基於振動的損傷識（shí）別；

　　（2）結構指紋（wén）及變（biàn）異性；

　　（3）係統（tǒng）識（shí）別；

　　（4）監測（cè）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（zhèn）動（dòng）的損傷識別

　　近現代以來，基於振動的損（sǔn）傷識（shí）別方法最早（zǎo）被應（yīng）用於航天、機械等領域，而橋梁（liáng）結構因其振動測量比較容（róng）易實現，得到了廣泛的應用，可以用下（xià）圖表述。
　　

　　常用損傷識別方法有：指紋識別（bié）和模式識別方法（fǎ）、廣（guǎng）義係統識別方法和神（shén）經網絡法。

　　1）指紋特征參數（shù）可以建立（lì）如下所示的一種係統：

　　

　　其本質是將結構特征的分離，但實際運用依然存在很大（dà）的難度。

　　2）神經網絡方法可（kě）以用下圖所示的網絡加以表述：

　　

　　3）模型修正與係統（tǒng）識別方法的網絡示意圖可表述（shù）為：

　　

　　由圖中可以得知，模型修正實（shí）際上是一（yī）個迭代修正以使模型逐（zhú）漸接近於實際結構的過程，即不斷地修（xiū）正結構模型使輸出（chū）誤差控製在一定的範圍之內。模型修正與係統（tǒng）識別方法無需損傷（shāng）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（míng）顯。

　　基於振動的損傷識別主（zhǔ）要用於結構的狀態識別、損傷診斷、動力響應分析、結構應力分析、結構承載力（lì）分析、結構控製決策等方麵。其局限性主要表現在：①結構與環境中的不確定（dìng）因素和非結構因（yīn）素的影（yǐng）響；②測量信息設備不完備；③測量精度不足和測（cè）量信號噪聲的影響；④橋梁結構（gòu）的贅餘度大，由測量信號分析的參數對結構（gòu）損傷不敏感。

　　（2）結構指紋及變異性（xìng）

　　長期（qī）以來，人們致力於研究對結構指紋特征的描述方法，目（mù）前提出的（de）方法包括（kuò）：振動模態參數（shù）（阻尼 、振型、自振頻（pín）率等）法；模態（tài）置信（xìn）因子法；柔度矩（jǔ）陣法；曲率模（mó）態差（chà）、應變模態差法；基於波形識別（bié）的指標等。影響其變異性的因素有很多，如環境（溫度、風）、交通、模態（tài）參數（頻率、振型、阻尼等）。

　　（3）係統識別（SI）

　　係統識別有頻域和時域兩種（zhǒng）方（fāng）法，其中，頻域方法主要為FFT-BASED譜分析（xī）技術；時域方法則包括IBRAHIM時域法（fǎ）、隨機減量法、時間序（xù）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（zhī）輸出）、低頻、密模、小阻尼、測點少等（děng）特點。

　　3.2.3 技術動態

　　目前，在橋梁健康監測領域中出（chū）現（xiàn）了很多新的技術動態（tài），引入了很多（duō）新的（de）技術和思想，如在數據采集與（yǔ）信號處理方麵，傳感技術和數據（jù）傳輸技術有很多（duō）新（xīn）的進展（zhǎn）；微電機係統領（lǐng）域裏（lǐ），LAMB波、LOVE波、RAYLEIGH波的應用對加速度、速度、衝擊作用、裂縫探測形（xíng）成於蔓（màn）延（yán）、鋼筋腐蝕等的測量與檢測影響巨（jù）大；此外，如光纖光柵傳感（gǎn）器、攝影測量、GPS的應用也（yě）對健康監測學科的進一步發展貢獻著（zhe）自己的力量。

　　3.3 橋梁健康監測係統

　　橋梁健康監測係統最早的應用見於（yú）1987年英國的FOYLE橋，迄今已有百年多的曆（lì）史。橋梁健康監測係（xì）統的設計必須（xū）遵循功能要求和效益—成本分析兩大準則。其目的和功能主要表現在結（jié）構監測與（yǔ）狀態評估、橋梁結（jié）構設計驗證和橋梁結構研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以下幾部分（fèn）組成（chéng）：

　　（1）傳感（gǎn）係統：用於（yú）將待測物理量轉化為電信號，起著一個轉換器的（de）作用。

　　（2） 數據（jù）采集係統：安裝於橋（qiáo）梁結構中，采集（jí）結構（gòu）各性能參數的係統設備及元（yuán）件。如：采集位移變化的位移計，采（cǎi）集應（yīng）變應力的應變計，測試結構及（jí）周圍環境的（de）溫度計，采集結構靜態參數的靜態（tài）數據采集儀等等（děng）。

　　（3） 數據通（tōng）信與傳（chuán）輸係統：主要將采集（jí）到（dào）的數據參（cān）數通過傳輸（shū）設備傳到監測中心。

　　（4）數據分析處理係統：對接收到的（de）數據應用相關理論或軟件進行分析處理。

　　（5）報警係統：以數據（jù）分析結果為主，參照橋梁設計指標和結構設計規範，對結構各（gè）項性能指標進行分析，評估結構工（gōng）作性能狀況並進行預警。對於（yú）預警係統的研究目前還處於初級階段。

　　4、橋梁監測與狀態評估的發展方向

　　橋梁監測與狀態評估領（lǐng）域未來（lái）的（de）發展方（fāng）向主要體現在以下幾個方麵（miàn）：

　　（1）索支撐橋（qiáo）梁（liáng）主纜、拉索的無損檢測技術；

　　（2）橋梁（liáng）結構材料的疲勞與（yǔ）耐久（jiǔ）性（xìng）監測；

　　（3）橋梁的整體性與損傷（shāng）識別；

　　（4）橋梁結構的劣化模型；

　　（5）自動（dòng）在運係統（tǒng）的識別方法；

　　（6）數據流的分類、剔除與開采。

　　橋梁健（jiàn）康檢測和監測（cè）對橋梁工程具有深遠的意義，已經作為一門學（xué）科活躍在橋梁工程界的曆史舞台上。隨著它在大量工程實踐中的不斷應用，該學科（kē）將會得到不斷（duàn）的完善和提高，為橋梁工程的發展做出更大的貢獻。
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