浅谈桥梁健康监测的发展现状
2015-06-09
一、结构检测与健康监测概况
结构检测与健康监测概况工程结构一般会受到两种损伤一突发性损伤和累积性损伤。突发性损伤由突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值；累积损伤则有缓慢积累的性质，达一定程度会引起破坏影响安全和使用。健康检测能够在突发性损伤发生时及时做出判断和警报，以便采取处理措施，防止发生进一步的破坏和引发其它事故。对于累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采取相应措施。
二、桥梁健康监测意义（一）监控与评估。桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控：①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；③结构构件耐久性；④工程所处环境条件等等。（二）设计验证。由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的。因此，通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有重要意义。不仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。（三）研究与发展。桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。
三、健康监测系统
（一）大型桥梁健康监测系统。
大型桥梁健康监测系统一般应包括以下几部分内容：
1、传感系统。由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成。
2、信号采集与处理系统。实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。
3、通信系统。将处理过的数据传输到监控中心。
4、监控中心。利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等。传感器监测到的实时信号，经过采集与处理曲通信系统传送到监控中心进行分析和判断，从而对结构的健康状况作出评估。若结构出现异常行为，则由监控中心发出预警信号，并对检测出来的损伤进行定性、定位和定量分析同时提供维修建议。
（二）信号的分析与处理。桥梁结构的健康状况是由测试的信号来监测和评估的，即从传感器采集的信号中提取各种特征，对结构进行参数检测、状态监控和损伤诊断等。
（三）损伤检测。损伤检测一般可分为两大类，即整体法和局部法。整体法试图评价整体结构的状态．确定损伤存在的可疑区域，而局部法则依靠成熟的无损检测技术对某个特定的部位进行精确检测。整体法和局部法在大型桥梁的损伤检测中结合使用效果较好。
四、现有监测系统存在的问题
在目前已有的桥梁结构健康与安全监测系统中，明显存在监测项目种类不足，而个别监测项 目规模又过于庞大，尤其在对监测数据的管理方面，还没有形成一个较为完善的数据存储与管理查询系统，大量的监测数据得不到妥善的处理和利用。总结现有桥梁健康与安全监测系统的不足之处，在监测系统的总体规划上主要有以下一些较为突出的问题：缺乏有效实用的优化算法造成测点数量巨大，系统规模过大导致数据量大、信息大量冗余；监控系统与管理系统未能实现无缝连接；结构安全评价系统研究多基于理论范畴，缺少工程实用性的研究；桥梁监测系统缺乏规范性指导原则。就现在桥梁结构健康监测及诊断的研究水平来看，在技术层面上也有许多问题主要表现为：传感器的优化布设是桥梁结构健康监测和诊断中的一个重要问题应该做到使用尽量少的传感器获取尽可能多的结构的健康信息。开发适合桥梁结构检测的专用传感器是桥梁检测问题中的关键。测量仪器的精度不够以及效率低是困扰桥梁检测的一大难题
五、结语
桥梁健康监测研究涉及振动理论、传感技术、测试技术、系统辨识理论、信号分析处理、数据通信、计算机、随机过程和可靠度等多门学科，是―个系统工程。经过多年来的积极探索．人们已经取得了许多成果。但是由于桥梁结构受到许多不确定因素和复杂工作环境的影响，以 及对桥梁在使用年限内的工作特性的变化缺乏全面深入的了解，因此目前所取得的成就和研究还处于基础性探索阶段，要实现应用于实际的目标尚需要多学科的进一步交叉与发展!对于实现大桥和特大桥健康状态的在线监控、无需振动设备、不妨碍交通、适于远程遥控检测的环境振动法为其展现了美好的前景!要从真正意义上实现对桥梁结构的健康诊断、推动其在实践中的应用、基本实现大型桥梁健康监测、长期、定时、在线、经济的要求，还必需广大桥梁工作者和研究人员的不断努力和探索!
