1.
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念
交通是社會(huì)的經(jīng)濟(jì)命脈，橋梁是交通的咽喉，交通不暢會(huì)制約社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所以保障橋梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至關(guān)重要。為保證橋梁安全運(yùn)行、避免嚴(yán)重事故發(fā)生,對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測應(yīng)運(yùn)而生，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是以科學(xué)的監(jiān)測理論與方法為基礎(chǔ)，采用各種適宜的檢驗(yàn)、檢測手段獲取數(shù)據(jù)，為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、計(jì)算假定、結(jié)構(gòu)模型分析提供驗(yàn)證；對結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)和特性進(jìn)行分析，及早預(yù)見、發(fā)現(xiàn)和處理橋梁結(jié)構(gòu)安全隱患和耐久性缺陷，診斷結(jié)構(gòu)突發(fā)和累計(jì)損傷發(fā)生位置與程度，并對發(fā)生后果的可能性進(jìn)行判斷與預(yù)測。通過對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的監(jiān)測與評估，為橋梁在各種氣候、交通條件下和橋梁運(yùn)營狀況異常時(shí)發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)、維修與管理措施提供依據(jù)，并通過及時(shí)采取措施達(dá)到防止橋梁坍塌、局部破壞，保障和延長橋梁的使用壽命的目的。
2. 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)
2.1. 監(jiān)測內(nèi)容
數(shù)據(jù)采集與測量的內(nèi)容主要為：變形(沉降、位移、傾斜)、應(yīng)力、動(dòng)力特性、溫度、外觀檢測等。
1) 變形監(jiān)測
采取適宜的測量手段，對橋梁主體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的沉降、位移、傾斜量進(jìn)行監(jiān)測。常用監(jiān)測變形的方法有：導(dǎo)線測量法、幾何水準(zhǔn)測量法、GPS測定三維位移量法、自動(dòng)極坐標(biāo)實(shí)時(shí)差分測量法和自動(dòng)全站儀三維坐標(biāo)非接觸量測等。
2) 應(yīng)力監(jiān)測
橋梁運(yùn)營狀態(tài)中主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化是由于主體結(jié)構(gòu)的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)變化引起的。外部條件主要有動(dòng)荷載、氣候、侵蝕、撞擊和其他突發(fā)事件的作用等，而內(nèi)部狀態(tài)有混凝土的收縮徐變、溫度變化及預(yù)應(yīng)力損失等。應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)可以定量性地反映出橋梁主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力變化和性能變化情況。
3) 動(dòng)力特性監(jiān)測
橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性與橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量、阻尼值及其分布有關(guān)，動(dòng)力監(jiān)測是在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的條件下進(jìn)行，主要對橋梁結(jié)構(gòu)由橋址處風(fēng)荷載、水流等隨機(jī)荷載激振引起的微小振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行測定。檢測項(xiàng)目主要為：主體結(jié)構(gòu)的自振頻率、振
型等。橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測方法主要有：固有頻率、應(yīng)變模態(tài)、模態(tài)置信度判據(jù)、柔度矩陣、小波分析、遺傳算法等。
4) 溫度監(jiān)測
通過對整橋溫度場的監(jiān)測，可以設(shè)法消除溫度變化對某些監(jiān)測過程或傳感器本身的測量精度的影響；可以了解橋梁結(jié)構(gòu)在某種溫度場下的結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力變化等情況。
5) 表觀檢測
表觀檢測的主要內(nèi)容為：橋梁混凝土裂縫、強(qiáng)度、碳化深度、外觀質(zhì)量檢測、鋼梁及金屬結(jié)構(gòu)外觀及腐蝕檢測及支座、橋面鋪裝、伸縮縫、錨端連接等部位、部件的損壞情況觀察等。
2.2. 數(shù)據(jù)傳輸
穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集和傳輸對于保證監(jiān)測系統(tǒng)的長期運(yùn)行有著重要意義，同時(shí)是獲取有效、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)的前提，要注重并做好以下幾項(xiàng)關(guān)鍵性工作：
（1）數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)耐绞菢蛄航Y(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)問題，是數(shù)據(jù)處理、分析和橋梁健康評估的基本前提條件。做到撓度、振動(dòng)等子系統(tǒng)各點(diǎn)采集的時(shí)間同步性尤為重要。
（2）關(guān)于數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備和傳輸鏈路的合理配置與優(yōu)化。影響數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備和傳輸鏈路可靠性的因素相當(dāng)復(fù)雜，必須研究設(shè)計(jì)和重點(diǎn)考慮系統(tǒng)合理的配置和優(yōu)化。
（3）關(guān)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中單點(diǎn)故障問題。系統(tǒng)需要具有單點(diǎn)故障不影響控制網(wǎng)絡(luò)其他部分的功能。
（4）關(guān)于檢測系統(tǒng)自身故障的自檢與報(bào)警。系統(tǒng)能夠識別和檢查出傳感器故障、電流回路泄漏、對不可信信號電頻的捕獲和子系統(tǒng)故障等，并能在系統(tǒng)主機(jī)上給出相應(yīng)的報(bào)警信息。
（5）關(guān)于數(shù)據(jù)可靠性檢驗(yàn)的問題。系統(tǒng)具有能夠?qū)λO(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自檢、互檢和標(biāo)定的功能，是保障原始數(shù)據(jù)可靠性的重要手段。
（6）關(guān)于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的問題。通過因特網(wǎng)技術(shù)可以使橋梁管理者或橋梁專家在異地對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的新需求。
2.3. 數(shù)據(jù)分析處理和控制
數(shù)據(jù)分析處理與控制是指對獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、整理、加工、存貯及傳播等一系列活動(dòng)的總和。它的基本環(huán)節(jié)是進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織、存貯、檢查和維護(hù)等工作。這些工作是數(shù)據(jù)處理的中心問題，一般稱之為數(shù)據(jù)管理。二十世紀(jì)六、七十年代以來，數(shù)據(jù)管理技術(shù)提高到了數(shù)據(jù)庫階段，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的管理統(tǒng)一由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來完成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目標(biāo)是：解我國的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測尚處初期階段，隨著橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作的深入開展，在遠(yuǎn)距離監(jiān)測、提高系統(tǒng)可靠性、完善數(shù)據(jù)處理和分析理論等方面還需要提高和完善，目前尚無現(xiàn)成的性能和數(shù)據(jù)評估方面的規(guī)范，因此探索并形成穩(wěn)定、可靠的監(jiān)測系統(tǒng)、明確各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)、科學(xué)獲取與處理監(jiān)測數(shù)據(jù)、形成監(jiān)測規(guī)范等工作是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測今后的發(fā)展與努力方向。
