1.監(jiān)測系統(tǒng)
80年代中后期開始建立各種規(guī)模的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如,英國在總長522m的三跨變高度連續(xù)鋼箱梁橋Foyle橋上布設(shè)傳感器,監(jiān)測大橋運(yùn)營階段在車輛與風(fēng)載作用下主梁的振動(dòng)、撓度和應(yīng)變等響應(yīng),同時(shí)監(jiān)測環(huán)境風(fēng)和結(jié)構(gòu)溫度場。該系統(tǒng)是最早安裝的較為完整的監(jiān)測系統(tǒng)之一,它實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享。建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的典型橋梁還有挪威的Skarnsundet斜拉橋(主跨530m、美國主跨440m的Sunshine Skyway Bridge斜拉橋、丹麥主跨1624m的Great Belt East懸索橋、英國主跨194m的Flintshire獨(dú)塔斜拉橋[4]以及加拿大的Confederatiot Bridge橋[5].我國自90年代起也在一些大型重要橋梁上建立了不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng),如香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋,內(nèi)地的上海徐浦大橋以及江陰長江大橋等[6~8].
從已經(jīng)建立的
橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測目標(biāo)、功能以及系統(tǒng)運(yùn)行等方面看,這些監(jiān)測系統(tǒng)具有以下一些共同特點(diǎn):
?。?)通常測量結(jié)構(gòu)各種響應(yīng)的傳感裝置獲取反映結(jié)構(gòu)行為的各種記錄;
?。?)除監(jiān)測結(jié)構(gòu)本身的狀態(tài)和行為以外,還強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)環(huán)境條件(如風(fēng)、車輛荷載等)的監(jiān)測和記錄分析;同時(shí),試圖通過橋梁在正常車輛與風(fēng)載下的動(dòng)力響應(yīng)來建立結(jié)構(gòu)的"指紋",并藉此開發(fā)實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)整體性與安全性評(píng)估技術(shù);
?。?)在通車運(yùn)營后連續(xù)或間斷地監(jiān)測結(jié)構(gòu)狀態(tài),力求獲取的大橋結(jié)構(gòu)信息連續(xù)而完整。某些橋梁監(jiān)測傳感器在橋梁施工階段即開始工作并用于監(jiān)控施工質(zhì)量;
?。?)監(jiān)測系統(tǒng)具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享。
這些特點(diǎn)使得大跨度橋梁健康監(jiān)測區(qū)別于傳統(tǒng)的橋梁檢測過程。另外需要指出的是,橋梁健康監(jiān)測的對(duì)象已不再局限于結(jié)構(gòu)本身:一些重要輔助設(shè)施的工作狀態(tài)也已納入長期監(jiān)測的范圍(如斜拉索振動(dòng)控制裝置等)。
2.理論研究
十多年來,橋梁健康監(jiān)測理論的研究主要集中于結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估和損傷識(shí)別。由于基于振動(dòng)信息的整體性評(píng)估技術(shù)在航天、機(jī)械等領(lǐng)域的深入研究和運(yùn)用,這類技術(shù)被用于土木結(jié)構(gòu)中除無損檢測技術(shù)以外的最重要的整體性評(píng)估方法并得到廣泛的研究。人們致力于基于振動(dòng)測量值的整體性評(píng)估方法研究的另一個(gè)原因是,結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息可以在橋梁運(yùn)營過程中利用環(huán)境振動(dòng)法獲得,因此這一方法具有實(shí)時(shí)監(jiān)測的潛力。
結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估方法可以歸結(jié)為模式識(shí)別法、系統(tǒng)識(shí)別法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法三大類。結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)常被用作結(jié)構(gòu)的指紋特征,也是系統(tǒng)識(shí)別方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的主要輸入信息。另外,基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)、應(yīng)變曲率以及其他靜力響應(yīng)的評(píng)估方法也在不同程度上顯示了各自的檢傷能力.然而,盡管某些整體性評(píng)估技術(shù)已在一些簡單結(jié)構(gòu)上有成功的例子,但還不能可靠地應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。阻礙這一技術(shù)進(jìn)入實(shí)用的原因主要包括:①結(jié)構(gòu)與環(huán)境中的不確定性和非結(jié)構(gòu)因素影響;②測量信息不完備;③測量精度不足和測量信號(hào)噪聲;④橋梁結(jié)構(gòu)贅余度大并且測量信號(hào)對(duì)結(jié)構(gòu)局部損傷不敏感。
另外,從評(píng)估方法上,目前對(duì)大跨度橋梁的安全評(píng)估基本上仍然沿襲常規(guī)中小橋梁的定級(jí)評(píng)估方法,是一種主要圍繞結(jié)構(gòu)的外觀狀態(tài)和正常使用性能進(jìn)行的定性、粗淺的安全評(píng)價(jià)。