中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、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)。
2020年12月，交通運(yùn)輸部辦公廳發(fā)了關(guān)于印發(fā)《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施方案》通知，對全國公路400多座長大橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施提供了指導(dǎo)性意見。公路系統(tǒng)長大橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)在逐步地推進(jìn)，將進(jìn)一步推動長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展。橋梁健康監(jiān)測也是目前橋梁智慧化管養(yǎng)的一個重要措施，同時也是目前國內(nèi)專家學(xué)者研究的一個熱點(diǎn)問題。撓度是橋結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵參數(shù)，同時動撓度監(jiān)測也是橋梁監(jiān)測的一個難點(diǎn)問題，本文重點(diǎn)介紹毫米波雷達(dá)在橋梁健康監(jiān)測中的應(yīng)用。
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的最前端和最基礎(chǔ)的系統(tǒng)是傳感器子系統(tǒng)系統(tǒng)，橋梁評估的參數(shù)是直接利用傳感器監(jiān)測的參數(shù)或經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到的參數(shù)。因此橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與橋梁監(jiān)測參數(shù)的選擇、儀器設(shè)備的選型、監(jiān)測傳感器與參數(shù)應(yīng)與監(jiān)測的目的和內(nèi)容相匹配等直接相關(guān)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)以下規(guī)定來進(jìn)行確定：
· 根據(jù)橋梁運(yùn)行環(huán)境、受力狀態(tài)分析、耐久性分析、風(fēng)險評估結(jié)果、監(jiān)測應(yīng)用目標(biāo)確定監(jiān)測內(nèi)容；
· 根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、部件、構(gòu)件的技術(shù)狀況,既有病害、損傷程度、監(jiān)測應(yīng)用目標(biāo),經(jīng)分析確定監(jiān)測內(nèi)容；
· 根據(jù)技術(shù)狀況評定結(jié)果、監(jiān)測應(yīng)用目標(biāo)確定監(jiān)測內(nèi)容。根據(jù)以上橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測參數(shù)確定的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)包括橋梁運(yùn)營環(huán)境、作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化等。橋梁運(yùn)營環(huán)境監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、雨量和結(jié)冰等。橋梁作用監(jiān)測的主要內(nèi)容包括車輛荷載、風(fēng)速及風(fēng)向、結(jié)構(gòu)溫度、船舶撞擊和地震等。橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測的主要內(nèi)容包括位移、轉(zhuǎn)角、應(yīng)變、索力、支座反力、振動等。橋梁結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測的主要參數(shù)包括基礎(chǔ)沖刷、位移、裂縫、腐蝕、預(yù)應(yīng)力、斷絲、螺栓狀態(tài)及索夾滑移等。
（1）毫米波雷達(dá)的特點(diǎn)
根據(jù)《公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程規(guī)程》（JT/T 1037-2022）中對懸索橋、斜拉橋、梁式橋及拱橋規(guī)定的監(jiān)測內(nèi)容，主梁或拱橋的豎向位移（或撓度）及振動加速度均為必選的監(jiān)測參數(shù)。因此不管是是對于大跨徑橋梁還是中小跨徑橋梁，橋梁撓度和豎向加速度監(jiān)測都是關(guān)鍵的監(jiān)測參數(shù)。毫米波雷達(dá)由于具有全天候、非接觸、高精度、多目標(biāo)和遠(yuǎn)距離等特點(diǎn)，此外橋梁動撓度時程曲線通過微分關(guān)系可以很方便得到橋梁結(jié)構(gòu)的振動加速度信息，因此該設(shè)備不僅可以對橋梁動撓度進(jìn)行高精度的監(jiān)測，通過高頻的動撓度監(jiān)測可以分析橋梁結(jié)構(gòu)的振動特性。
（2）毫米波雷達(dá)監(jiān)測的應(yīng)用
毫米波雷達(dá)采用線性調(diào)頻連續(xù)波、雷達(dá)干涉測量以及合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，在雷達(dá)波束角范圍能實(shí)現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)多個目標(biāo)進(jìn)行動撓度的精確測試。通過對橋梁結(jié)構(gòu)動撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)動力特性以及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的分析，可以得到橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比、動撓度振動幅值、沖擊系數(shù)等評估參數(shù)。在利用毫米波雷達(dá)對橋梁動撓度進(jìn)行監(jiān)測時，需要在橋梁測試位置安裝角反射器，將雷達(dá)監(jiān)測設(shè)備安裝在位移不發(fā)生變化或變化較?。ㄆ渥冃慰梢院雎圆挥嫞┑臉蚨栈驑蚺_上。對于中小跨徑橋梁，橋梁跨中豎向撓度是橋梁結(jié)構(gòu)變形最大的關(guān)鍵截面，采用毫米波雷達(dá)設(shè)備應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測其跨中部位的測點(diǎn)。對于大跨徑橋梁有時需要對沿橋梁縱向多個測點(diǎn)動撓度進(jìn)行監(jiān)測時，將雷達(dá)安裝在橋墩或橋臺相對固定的位置，在主梁上沿縱橋向布設(shè)多個角反射器，可以實(shí)現(xiàn)對橋梁縱橋向的多個測點(diǎn)進(jìn)行測試。
（3）毫米波雷達(dá)撓度監(jiān)測系統(tǒng)
毫米波雷達(dá)除具有非接觸、全天候、高精度、多目標(biāo)、遠(yuǎn)距離等特點(diǎn)外，雷達(dá)設(shè)備還具有低功耗的特點(diǎn)，因此毫米波雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)在沒有供電系統(tǒng)的橋梁可以采用太陽能進(jìn)行供電。對橋梁動撓度進(jìn)行監(jiān)測時，毫米波雷達(dá)設(shè)備主機(jī)可以通過監(jiān)控中心采集控制終端或遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，因此毫米波雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)可以采用有線和無線兩種方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計。毫米波雷達(dá)直接使用4G DTU進(jìn)行傳輸，無需通過工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，組網(wǎng)簡單、解決現(xiàn)場傳輸困難問題。對于集群化中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測，通過分布式無線組網(wǎng)的方式進(jìn)行橋梁撓度監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)。采用分布式無線組網(wǎng)模式，毫米波雷達(dá)將實(shí)時采集的撓度信號通過4G模塊傳輸至4G基站，通過基站將數(shù)據(jù)上傳至云平臺。此外多臺雷達(dá)監(jiān)測設(shè)備可以通過串口模塊+4G路由+供電模塊的組網(wǎng)模式，將采集數(shù)據(jù)通過4G基站上傳至云平臺。在云平臺建立毫米波雷達(dá)的雷聯(lián)網(wǎng)，雷聯(lián)網(wǎng)為用戶提供雷達(dá)動位移監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析服務(wù)，并能實(shí)現(xiàn)向第三方平臺的推送服務(wù)。
中交路橋科技依托勘察、檢測（含特檢）、設(shè)計等傳統(tǒng)行業(yè)能力，可提供“檢、診、修、應(yīng)”的全生命周期綜合一體化服務(wù)，推動城市安全風(fēng)險管理技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新，提升城市安全運(yùn)行風(fēng)險隱患發(fā)現(xiàn)、防范、化解、管控的智能化水平，為推動城市安全發(fā)展提供堅實(shí)保障。在邁向智慧城市的新時代征程中，中交路橋科技有限公司將始終堅守安全底線，不斷完善和優(yōu)化城市安全運(yùn)行綜合服務(wù)平臺，為城市的平穩(wěn)運(yùn)行貢獻(xiàn)科技力量。
