淺談橋梁健康監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀
2015-06-09
一、結(jié)構(gòu)檢測與健康監(jiān)測概況
結(jié)構(gòu)檢測與健康監(jiān)測概況工程結(jié)構(gòu)一般會(huì)受到兩種損傷一突發(fā)性損傷和累積性損傷。突發(fā)性損傷由突發(fā)事件引起，使損傷在短期內(nèi)達(dá)到或超過一定限值；累積損傷則有緩慢積累的性質(zhì)，達(dá)一定程度會(huì)引起破壞影響安全和使用。健康檢測能夠在突發(fā)性損傷發(fā)生時(shí)及時(shí)做出判斷和警報(bào)，以便采取處理措施，防止發(fā)生進(jìn)一步的破壞和引發(fā)其它事故。對于累積損傷，能夠定期對損傷的狀態(tài)做出描述，以便根據(jù)情況采取相應(yīng)措施。
二、橋梁健康監(jiān)測意義（一）監(jiān)控與評估。橋梁健康檢測的基本內(nèi)涵是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為工程在特殊氣候、交通條件下或運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時(shí)發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。為此，監(jiān)測系統(tǒng)通常對以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控：①橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營的物理與力學(xué)狀態(tài)；②橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀態(tài)；③結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；④工程所處環(huán)境條件等等。（二）設(shè)計(jì)驗(yàn)證。由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計(jì)階段安全掌握和預(yù)測其力學(xué)特性和行為特性是非常困難的。因此，通過橋梁健康檢測所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來檢驗(yàn)大橋的理論模型和計(jì)算假定具有重要意義。不僅對設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)模型有驗(yàn)證作用，而且有益于新的設(shè)計(jì)理論的形成。（三）研究與發(fā)展。橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和某種特定橋梁設(shè)計(jì)的反思，它還可能并成為橋梁研究的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室。由于運(yùn)營中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得信息不僅是理論研究和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查的補(bǔ)充，而且可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實(shí)的信息。
三、健康監(jiān)測系統(tǒng)
（一）大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。
大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)一般應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容：
1、傳感系統(tǒng)。由傳感器、二次儀表及高可靠性的工控機(jī)等部分組成。
2、信號采集與處理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)多種信息源、不同物理信號的采集與預(yù)處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲(chǔ)起來。
3、通信系統(tǒng)。將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
4、監(jiān)控中心。利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。傳感器監(jiān)測到的實(shí)時(shí)信號，經(jīng)過采集與處理曲通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行分析和判斷，從而對結(jié)構(gòu)的健康狀況作出評估。若結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常行為，則由監(jiān)控中心發(fā)出預(yù)警信號，并對檢測出來的損傷進(jìn)行定性、定位和定量分析同時(shí)提供維修建議。
?。ǘ┬盘柕姆治雠c處理。橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況是由測試的信號來監(jiān)測和評估的，即從傳感器采集的信號中提取各種特征，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)檢測、狀態(tài)監(jiān)控和損傷診斷等。
?。ㄈp傷檢測。損傷檢測一般可分為兩大類，即整體法和局部法。整體法試圖評價(jià)整體結(jié)構(gòu)的狀態(tài)．確定損傷存在的可疑區(qū)域，而局部法則依靠成熟的無損檢測技術(shù)對某個(gè)特定的部位進(jìn)行精確檢測。整體法和局部法在大型橋梁的損傷檢測中結(jié)合使用效果較好。
四、現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題
在目前已有的橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)中，明顯存在監(jiān)測項(xiàng)目種類不足，而個(gè)別監(jiān)測項(xiàng) 目規(guī)模又過于龐大，尤其在對監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理方面，還沒有形成一個(gè)較為完善的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理查詢系統(tǒng)，大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)得不到妥善的處理和利用?？偨Y(jié)現(xiàn)有橋梁健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處，在監(jiān)測系統(tǒng)的總體規(guī)劃上主要有以下一些較為突出的問題：缺乏有效實(shí)用的優(yōu)化算法造成測點(diǎn)數(shù)量巨大，系統(tǒng)規(guī)模過大導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大、信息大量冗余；監(jiān)控系統(tǒng)與管理系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)無縫連接；結(jié)構(gòu)安全評價(jià)系統(tǒng)研究多基于理論范疇，缺少工程實(shí)用性的研究；橋梁監(jiān)測系統(tǒng)缺乏規(guī)范性指導(dǎo)原則。就現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及診斷的研究水平來看，在技術(shù)層面上也有許多問題主要表現(xiàn)為：傳感器的優(yōu)化布設(shè)是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和診斷中的一個(gè)重要問題應(yīng)該做到使用盡量少的傳感器獲取盡可能多的結(jié)構(gòu)的健康信息。開發(fā)適合橋梁結(jié)構(gòu)檢測的專用傳感器是橋梁檢測問題中的關(guān)鍵。測量儀器的精度不夠以及效率低是困擾橋梁檢測的一大難題
五、結(jié)語
橋梁健康監(jiān)測研究涉及振動(dòng)理論、傳感技術(shù)、測試技術(shù)、系統(tǒng)辨識理論、信號分析處理、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、隨機(jī)過程和可靠度等多門學(xué)科，是―個(gè)系統(tǒng)工程。經(jīng)過多年來的積極探索．人們已經(jīng)取得了許多成果。但是由于橋梁結(jié)構(gòu)受到許多不確定因素和復(fù)雜工作環(huán)境的影響，以 及對橋梁在使用年限內(nèi)的工作特性的變化缺乏全面深入的了解，因此目前所取得的成就和研究還處于基礎(chǔ)性探索階段，要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)際的目標(biāo)尚需要多學(xué)科的進(jìn)一步交叉與發(fā)展!對于實(shí)現(xiàn)大橋和特大橋健康狀態(tài)的在線監(jiān)控、無需振動(dòng)設(shè)備、不妨礙交通、適于遠(yuǎn)程遙控檢測的環(huán)境振動(dòng)法為其展現(xiàn)了美好的前景!要從真正意義上實(shí)現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的健康診斷、推動(dòng)其在實(shí)踐中的應(yīng)用、基本實(shí)現(xiàn)大型橋梁健康監(jiān)測、長期、定時(shí)、在線、經(jīng)濟(jì)的要求，還必需廣大橋梁工作者和研究人員的不斷努力和探索!
