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现代桥梁健康安全监测系统

目录

一、传统桥梁结构检查与评估概述..................................................1

二、现代桥梁健康监测系统概述......................................................2

三、健康监测系统研究现状..............................................................3

四、健康监测系统实施现状..............................................................5

五、健康监测系统应用效果与存在问题..........................................9

六、健康监测系统改善建议与发展前景........................................10

一、传统桥梁结构检查与评估概述

桥梁在建成后，由于受到气候、腐蚀、氧化或老化等因素，以及长期在静载
和活载的作用下易于受到损坏，相应地其强度和刚度会随时间的增加而降低。这
不仅会影响行车的安全，并会使桥梁的使用寿命缩短。为保证大桥的安全与交通
运输畅通，加强对桥梁的维护管理工作极为重要。桥梁管理的目的在于保证结构
的可靠性，主要指结构的承载能力、运营状态和耐久性能等，以满足预定的功能
要求。桥梁的健康状况主要通过利用收集到的特定信息来加以评估，并作出相应
的工程决策，实施保养、维修与加固工作。评估的主要内容包括：承载能力、运
营状态、耐久能力以及剩余寿命预测。承载能力评估与结构或构件的极限强度、
稳定性能等有关，其评估的目的是要找出结构的实际安全储备，以避免在日常使
用中产生灾难性后果。运营状态评估与结构或构件在日常荷载作用下的变形、振
动、裂缝等有关。运营状态评估对于大桥工件条件的确认和定期维修养护的实施
十分重要。耐久能力评估侧重于大桥的损伤及其成因，以及其对材料物理特性的
影响。
传统上，对桥梁结构的评估通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到
的信息进行。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁
检查方法在实际应用中有很大的局限性。美国联邦公路委员会的最近调查表明，
根据目测检查而作出的评估结果平均有56%是不恰当的。传统检测方式的不足之
处主要表现在：
（i）需要大量人力、物力并有诸多检查盲点。现代大型桥梁结构布置极其
复杂，构件多且尺寸大，加之大部分的构件和隐蔽工程部位难于直接接近检查，
因此，这对现代大型桥梁尤其突出；
（ii）主观性强，难于量化。检查与评估的结果主要取决于检查人员的专业
知识水平以及现场检测的经验。经过半个多世纪的发展，虽然桥梁的分析设计与
施工技术已日趋完善，但对某些响应现象，尤其是损伤的发展过程，尚处于经验
积累中，因此定量化的描述是很重要的；
（iii）缺少整体性。人工检查以单一构件为对象，而用于现代机械、光学、
超声波和电磁波等技术的检测工具，都只能提供局部的检测和诊断信息，而不能
提供整体全面的结构健康检测和评估信息；
（iv）影响正常交通运行。对于较大型的桥梁通常需要搭设观察平台或用观
测车辆，无可避免需要实施交通控制；
（v）周期长，时效性差。大型桥梁的检查周期可达经年。在有重大事故或
严重自然灾害的情况下，不能向决策者和公众提供即时信息。

二、现代桥梁健康监测系统概述

由于人工桥梁检查程序和设施无法直接和有效地应用于大型的桥梁检测上。
因此有必要建立和发展桥梁结构健康监测与安全评估系统用以监测和评估大桥
在运营期间其结构的承载能力、运营状态和耐久能力等。桥梁监测系统综合了现
代传感技术、网络通讯技术、信号分析与处理技术、数据管理方法、知识挖掘、
预测技术及桥梁结构分析理论等多个领域的知识，极大地延拓了桥梁检测领域，
提高了预测评估的可靠性。当桥梁结构出现损伤后，结构的某些局部和整体的参
数将表现出与正常状态不同的特征，通过安装传感器系统拾取这些信息，并识别
其差异就可确定损伤的位置及相对的程度。通过对损伤敏感特征量的长期观测，
可掌握桥梁性能劣化的演变规律，以部署相应的改善措施，延长桥梁使用寿命。
监测系统为桥梁评估提供即时客观的依据，但由于资源等方面所限，就目前情况
而言，传感器系统不可能涵盖所有构件。此外，由于对大型桥梁在复杂环境下响
应的认识与经验的限制，也会导致对某些关键性部位监测的不足。大桥损伤大致
可分为结构性损伤与非结构性损伤两大类。用于结构性损伤检测和非结构性损伤
检测的传感器种类和布置截然不同。此外，非结构性损伤虽然不会减弱结构的承
载能力与耐久性，但对桥梁的正常运