桥梁施工及运营阶段智能健康监测与控制技术.pdf

桥梁施工及运营阶段智能健康监测与控制
技术

1智能健康监测与控制技术系统概念

桥梁智能健康监测与控制技术是一项系统性技术，涉及到检测、
计算机、通讯、网络及人工智能领域等，在桥梁智能监测和控制中
包括测试技术、数据自动采集与传输技术、结构仿真分析技术及桥
梁诊断评估技术。其过程为桥梁的施工及运营过程中采集关键部位
的实时数据，远程传输到分析计算机系统中进行分析，再输出相应
的监测结果，并给出合理的下一步施工技术方案或桥梁结构安全状
态和预警，以指导施工及运营。

2智能健康监测与控制技术系统在桥梁施工与运营中的作用

2.1技术系统在桥梁施工阶段的主要作用

桥梁在施工阶段控制不当可能会引起桥梁线形变形、内力状态
不符合设计要求、施工精度不足等问题，应用桥梁智能健康监测技
术系统，监测实际每一步施工工序，获取现场关键点的参数值，对
桥梁结构进行实时的理论分析和验算，根据分析的结果输出相应的
施工控制指令，并能够分析施工过程中各类误差积累情况，提高施
工的精度，最终实现控制施工质量的目的。

2.2技术系统在桥梁运营阶段的主要作用

桥梁在完工之后，其运营的质量效果如何，是政府部门及人们
极为关注的问题。桥梁在经历温度变化、风雨侵蚀、车辆碾压等作
用后能否保持在原有的设计要求范围内，是否存在隐蔽性损伤等都
是技术系统要辨别的。技术系统通过实时检测，及时发现问题所在，
并输出相应的控制指令，施工人员根据输出结果针对问题部位进行
补救调整。

3智能健康监测与控制的主要技术内容

3.1传感器及其优化布置技术

传感器是技术系统开始的源头，所以要求其具有良好的性能，
如良好的可靠性、高度的敏感性及短时反应，以达到快速、准确、
如实的反映出桥梁测试部位的信息。同时，要求传感器不易受周围
环境影响，耐久性好及低噪音等。根据监测目的不同，传感器可以
分为五种。1）环境监测，主要监测的是桥梁环境包括温度、湿度、
有害气体等，此类数据的监测收集是为了评估桥梁的耐久性能；2）
几何监测，桥梁不论在施工还是运营阶段都需要及时的记录下几何
变化，包括平面数据和竖向数据，尤其在施工阶段有效的监测数据
和结果输出，能够从根本上避免桥梁发生大的建筑问题；3）载荷监
测，其监测对象包括风载、地震载荷及交通载荷等，主要是应用在
桥梁运营阶段；4）结构静、动力反应监测，结构静力监测主要针对
温度、不均匀沉降引起的桥梁反应，为运营的可靠性评估提供数据。
结构动力监测主要针对的是风载、交通载荷等动态性载荷作用下的
位移、速度及加速反应谱等；5）结构材质监测，结构材质监测是采
用现代无损监测技术对桥梁构成材料监测，包括混凝土和钢筋强度
变化和损伤情况等。采用的技术手段有超声波发、电位差法、射线
法等。目前由于监测技术难以嵌入到桥梁结构中，所以该监测技术
主要通过人工方式进行。

3.2数据自动采集与传输技术

数据采集是指将传感器采集的数据进行信号放大，转换成模拟
量或以数字记录。而传输技术则是指将采集转换的数据通过远程传
送的方式传送到监控中心，以达到实时监控和远程监测的目标。数
据的采集需要两种技术作为支撑，即数据采集的硬件技术和软件技
术，数据采集的硬件技术包括信号调理、模数转化、贮存器等。其
中贮存器主要起到数据缓冲作用，有时还可长期贮存数据。数据采
集软件技术能够实现采集系统与计算机之间的数据通信，为用户提

供系统操作界面等作用。

数据的传输技术要对实时监测数据进行压缩，并通过一定的方
式传输到处理中心。同时传输技术还要能够实现“机-机”和“人-
机”相互传输数据的功能。目前无线通讯技术及无线网络技术的发
展为数据的传输提供了更为方便、高效的实时监控方式，但是真正
实现广泛应用还需要进一步的研究。

3.3结构仿真技术

现代计算机技术的发展，为我们模拟实际的桥梁结构提供了很
好的平台。通过结构仿真技术，可以根据不同条件和要求，建立各
种合理的结构力学分析模型或者构建不同形式构件组成的桥梁，来
模拟分析预测桥梁结构力学中的关键点，以确定所需的材料强度特
性。在桥梁施工阶段，通过仿真模拟可以突出施工中的重点和难点，
以便采取有效措施避免问题发生。而在桥梁运营阶段，以采集到的
数据为基础建立相关的全桥或关键结构部件的内部应力变化模型，
而实现结构内力的重点监测的目的。结构仿真技术也可以实现全桥
梁空间结构的模拟、加载时桥梁真实表现模拟等。

4桥梁诊断评估技术

桥梁的诊断评估主要内容有承载能力、运营状态和耐久能力三
方面的内容。在承载能力方面，其目的在于寻找确定出桥梁结构的
实际安全储备，以免在使用中发生灾难性事故，是评估的主要内容。
在运营状态方面，它与桥梁结构变形、裂缝及振动等相关，是指结
构在正常的工作和定期