桥梁健康监测技术简析
2015-07-02
0引言
随着我国国民经济的飞速发展，公路交通网络已经成为关系国家经济命脉的重要基础设施，桥梁便是其中的重要组成部分，截至2010年底，我国公路桥梁总里程达到2100000延米，公路桥梁总数达到650000座，业已超过美国，成为世界公路桥梁第一国。但是由于桥梁结构在应用过程中，受到偶然事故、极端荷载、交通负荷、材料退化、施工质量、设计标准等各种因素的影响，加上经济飞速发展阶段的桥梁建设质低、集中、量大等因素，桥梁的结构安全管理十分困难，这对人民生命财产和国家经济发展带来了严重的威胁。
1桥梁运营过程中所面临的问题
桥梁在运营过程中会遇到多种多样的问题，若不稍加注意，就会引起巨大的损失，比如：2007年广州九江大桥6.15船撞事故；2004年辽宁庄台大桥因汽车超载落梁事故；2012年哈尔滨高架桥因车辆超载坍塌事故，2013年连霍高速义昌大桥因爆炸坍塌事故。以上血淋淋的事故一方面反映了桥梁在运营过程中会遇到各种各样的问题，另一方面也揭示了桥梁的结构安全洁厕和预警技术的必要性。现将桥梁运营过程中的所面临的问题总结于下图1中。
图1桥梁运营中面临的问题
2桥梁的综合评价系统
根据相关研究可以将桥梁的损伤信息分为三大类，一是表象信息，即利用简单仪器或人工获取的桥梁表面直观信息；二是静态信息，即测得的桥梁在荷载作用的下静力响应；三是动态信息，即动荷载作用下的桥梁的动力响应。桥梁的损伤信息众多，如何根据众多的监测信息来评价桥梁的使用性能，并做出相关预警就要借助于桥梁的综合评价系统。传统的桥梁评价基本上无外乎两种，一种是经验识别和评定，另外一种是静态识别和评定，但是作用于桥梁的荷载基本上为动荷载，所以上述两种评价方法显得有些不足，于是需要在综合以上两种评价方法的基础上添加动态识别和评定，以下是桥梁综合评价系统的简图。
图2桥梁综合评价系统
3桥梁健康监测数据采集技术
桥梁的准确评价与风险预估是建立在详细数据支持的基础上的，所以需要对桥梁的健康状况进行综合监测，目前桥梁健康监测的主要包括桥梁的使用环境监测、桥梁的位移监测、桥梁的应变监测、桥梁的应力监测、桥梁的振动监测等，下表1是部分桥梁健康监测系统的传感器布置实例。
表1桥梁监测传感器布置实例
此外，随着相关科学的发展，处上表中列出的传感器外，市场上已经出现了许多新型的传感器，例如：磁流体驱动器、记忆合金、自我诊断纤维增强复合材料、磁致伸缩传感器、压电传感器、智能传感技术的光纤传感器等。其中智能光纤传感器能够监控静态和动态应变信息、氯离子浓度、温度、腐蚀、裂纹和脱层等。光纤传感器分为结构型传感光纤传感器和物性型传感光纤传感器两种，目前市场上最常用的光纤光栅属于后一种传感器，它能够对河水及冰块对桥墩的冲击、交通荷载引起的应力振动、温度引起的应力及振动、监测风载引起的桥梁振动、各种索拉力、结构截面的应力分布、温度、结构纵向横向竖向位移等。
总之桥梁的健康监测离不开传感器，除传统的传感器外，新兴的传感器在未来桥梁健康监测系统的数据才集中有着不可忽视的作用。
