中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
1. 前言
隨著大跨度橋梁設(shè)計(jì)的輕柔化以及結(jié)構(gòu)形式與功能的日趨復(fù)雜化，大橋的安全運(yùn)營(yíng)成為關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的交通、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、軍事乃至人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要問題。由于大型橋梁工程往往具有投資大、設(shè)計(jì)周期和使用年限長(zhǎng)、工作環(huán)境惡劣，易受周圍大氣、溫度、濕度及天氣的影響而發(fā)生劣化以及長(zhǎng)期承受動(dòng)荷載等特點(diǎn)，因而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)估就顯得非常必要。大型橋梁的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)也因此成為橋梁工程學(xué)科研究和發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域［1-4］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)及各類傳感技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。力求對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。在結(jié)構(gòu)經(jīng)過長(zhǎng)期使用或遭遇突發(fā)災(zāi)害之后，通過測(cè)定其關(guān)鍵性能指標(biāo)， 獲取反映結(jié)構(gòu)狀況的信息， 分析其是否受到損傷。如果受到損傷，還要分析其可否繼續(xù)使用以及剩余壽命等。這對(duì)確保橋梁的運(yùn)營(yíng)安全，及早發(fā)現(xiàn)橋梁病害，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命起著積極的作用。
2. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展,特別是交通網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,橋梁建設(shè)的形式和功能更加復(fù)雜多樣化。加之跨度也愈來愈大,以及建橋的巨大投資和它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用,橋梁的健康監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估工作已愈來愈受到人們的重視。各項(xiàng)重大工程結(jié)構(gòu)中，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)得到了最廣泛、最深入和最系統(tǒng)的研究與發(fā)展。國(guó)外橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)英國(guó)對(duì)北愛爾蘭的新Foyle橋安裝了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以校驗(yàn)大橋的設(shè)計(jì)并測(cè)量和研究車輛、風(fēng)和溫度荷載對(duì)大橋動(dòng)力響應(yīng)的影響［5］。此后，隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)及結(jié)構(gòu)分析理論的迅速發(fā)展，許多國(guó)家都開始在一些新建和既有大型橋梁中建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，依托我國(guó)大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)的背景，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。與世界其他國(guó)家相比，我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有數(shù)量多、橋梁規(guī)模大的特點(diǎn)。
從目前國(guó)內(nèi)外主要我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)、系統(tǒng)功能及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)等方面來看，目前國(guó)內(nèi)外我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用已取得了許多可喜的成果與進(jìn)展，主要反映在
2.1 通過測(cè)量結(jié)構(gòu)各種響應(yīng)的傳感裝置，能夠獲取反映結(jié)構(gòu)行為的記錄，并在橋梁通車運(yùn)行后連續(xù)或間斷地監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，力求獲取橋梁結(jié)構(gòu)連續(xù)、完整的信息；有的新建橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從施工監(jiān)控開始，力求連續(xù)、完整的記錄結(jié)構(gòu)信息。
2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容全面，除了監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)本身的狀態(tài)和行為（應(yīng)力、位移、傾角、加速度、動(dòng)力特性等）以外，還強(qiáng)調(diào)對(duì)環(huán)境條件（風(fēng)、地震、溫度、車輛荷載等）的監(jiān)測(cè)和記錄分析，同時(shí)試圖通過橋梁正常車輛與風(fēng)荷載下的動(dòng)力效應(yīng)來建立結(jié)構(gòu)的總體監(jiān)測(cè)樣本，并借此開發(fā)實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)整體性與安全性評(píng)估技術(shù)。
2.3 監(jiān)測(cè)儀器多樣、先進(jìn)，監(jiān)測(cè)功能不斷完善，很多監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。另外，一些重要設(shè)施的工作狀態(tài)，例如斜拉索振動(dòng)控制裝置等也納入長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的范圍。
2.4 橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷理論與方法的研究取得了一定的進(jìn)展，開發(fā)了各種基于頻率、陣型、陣型曲率、應(yīng)變陣型等改變量的損傷檢測(cè)和定位技術(shù)，在處理方法上探尋了MAC（模態(tài)保證標(biāo)準(zhǔn)）法、COMAC(坐標(biāo)模態(tài)保證標(biāo)準(zhǔn))法、柔度矩陣法、矩陣振動(dòng)修正法、非線性迭代法等。這些方法各具特色，在局部的范圍內(nèi)取得里積極的效果。近年來，更多的研究者致力于采用智能算法和先進(jìn)信號(hào)分析來發(fā)展結(jié)構(gòu)損傷診斷方法，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊數(shù)學(xué)方法、小波變形方法、Hilber-Huang變換方法和信息融合技術(shù)等。
2.5 發(fā)展了包括可靠度理論、層次分析法、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法以及專家系統(tǒng)等多種橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估方法，并且初步應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。
傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法主要依賴于動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)。輔以混凝土硬度實(shí)驗(yàn)、超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)態(tài)，先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測(cè)方法和檢測(cè)手段，使無損檢測(cè)技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。近年來，致力于橋梁檢測(cè)，研究人員提出了許多成功的方法對(duì)橋梁進(jìn)行非破壞性評(píng)估。一些新的方法被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測(cè)，如利用相干激光雷達(dá)測(cè)試橋梁下部結(jié)構(gòu)的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測(cè)量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外成像檢測(cè)橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動(dòng)檢測(cè)鋼索、鋼梁和混凝土內(nèi)部的鋼筋等等。隨著振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)開啟事了新的途徑。 基于振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)，人們研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)是整體狀態(tài)的一種度量，當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼特性發(fā)生變化時(shí)，選用結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)作為權(quán)數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)變化量進(jìn)行加權(quán)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單元損傷的識(shí)別和有效定位。
3. 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大跨度橋梁中的應(yīng)用
隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析理論的迅速發(fā)展，大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)技術(shù)，近年來已成為國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。
