橋梁健康安全監(jiān)測綜述

2023年12月12日發(fā)(作者：會飛的鴨子)

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橋梁健康安全監(jiān)測綜述

摘要：論述了橋梁監(jiān)測的背景與意義。其中主要分析了我國公路橋梁現(xiàn)狀以及橋梁健康監(jiān)測的重要性。然后介紹了橋梁健康監(jiān)測與評價體系的概念。論述了一些當(dāng)前存在的主要的橋梁健康監(jiān)測技術(shù)。其次在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)方面，論述了國內(nèi)外橋梁性健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究。然后從狀況評估方法以及橋梁健康狀況的評估兩方面，論述了橋梁健康狀況的評估系統(tǒng)。最后闡明了橋梁健康監(jiān)測未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：橋梁；健康監(jiān)測；健康監(jiān)測系統(tǒng)；監(jiān)測技術(shù)；評估體系

0引言

橋梁作為生活中溝通不同地域的重要手段，不僅有助于人們生活上出行的便利，也能夠促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時橋梁以其不同的構(gòu)造也能夠給人們帶來美的感受。但是隨著當(dāng)今的橋梁的不斷發(fā)展，如今有很多的已建成的橋梁都存在著很多問題。尤其是經(jīng)常能夠看見許多橋梁垮塌事件的發(fā)生，因此人們對于已建橋梁的管養(yǎng)和維護(hù)就顯得應(yīng)該尤為重視。而監(jiān)測作為十分重要的一環(huán)也受到了人們的廣泛關(guān)注。并由此對監(jiān)測存在以及未知的領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究。這其中就包括很的的監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運而生。同時也同如今的計算機(jī)相結(jié)合，研發(fā)了橋梁健康檢測系統(tǒng)。對于橋梁的監(jiān)測起到了很好的輔助作用。是對于橋梁的監(jiān)測效率得到了極大的提高。是人們對于橋梁中可能存在的問題及時的做出應(yīng)對。極大的提高了橋梁的壽命周期，為橋梁的養(yǎng)護(hù)管理提供了良好的依據(jù)。

1橋梁監(jiān)測的背景與意義

1.1我國公路橋梁現(xiàn)狀

在21世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對橋梁交通條件的需求也在增加。截至2019年底，全國共有公路和橋梁87.83萬座，全長6063.46萬米，比上年分別增加2.68萬米和494.86萬米。其中，特大橋5716座，全長10332300米，大橋108344座，全29237500米。人們對橋梁安全和適用性問題的關(guān)注也在不斷增加。由于橋梁壽命周期長，規(guī)模大，檢查操作難度大，易受天氣和氣候條件的影響，橋梁結(jié)構(gòu)必然會產(chǎn)生各種傷害。但是，僅依靠人力資源做好橋梁健康檢測所消耗的資源太大和有限。

1.2橋梁監(jiān)測的意義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁的健康監(jiān)測技術(shù)也占據(jù)了的重要地位。該技術(shù)有助于相關(guān)的技術(shù)維護(hù)人員隨時了解橋梁的健康狀況，并做好橋梁的維護(hù)工作。以橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行日常檢查，判斷橋梁的健康狀況，為維護(hù)管理提供了科學(xué)依據(jù)。

因此，橋梁健康監(jiān)測和評價體系的出現(xiàn)是非常重要的，對橋梁的應(yīng)用具有重要意義。它不僅能有效地實時反饋橋的使用情況，而且還能在橋上發(fā)生異常情況時及時發(fā)出預(yù)警信號，并將具體信息提供給相關(guān)技術(shù)人員，以便在最短的時間內(nèi)做出響應(yīng)。它提供了決策計劃，以避免廣泛的質(zhì)量或安全問題，并節(jié)省了大量的人力和物質(zhì)資源。

2橋梁健康監(jiān)測與評價體系的概念

橋梁健康監(jiān)測和評價系統(tǒng)是指實時監(jiān)測和監(jiān)測采用一系列科學(xué)和技術(shù)來確保橋梁能夠保持其安全和適用性的管理措施。它是在橋梁的日常運行中使用各種類型的傳感器。一種先進(jìn)的系統(tǒng)，可監(jiān)測其結(jié)構(gòu)狀態(tài)，評估和判斷正常使用時的橋梁結(jié)構(gòu)和橋面鋪裝信息，并評估其健康狀況。

從工程項目管理的角度來看，對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的評估主要決定其是否符合適用性、耐久性、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和協(xié)調(diào)性。橋梁的健康狀況主要從兩個方面進(jìn)行評價。一方面，橋面是否改變，造成裂縫等病害，影響橋梁的適用性；另一方面，要考慮橋梁結(jié)構(gòu)是否改變，結(jié)構(gòu)承載力是否下降，影響橋梁的安全。由于傳感器工作的限制，在前者中提到的一些橋面鋪裝疾病不能被傳感器感知到。因此，在傳感器系統(tǒng)工作的同時，也應(yīng)使用人工日常檢查輔助來豐富數(shù)據(jù)的可靠性，以獲得更客觀和有效的結(jié)果。 3橋梁健康監(jiān)測技術(shù)

為了分析野外實測信號，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)需要對初始信號進(jìn)行降噪處理。信號降噪處理通常采用濾波方法和分解重構(gòu)方法，其中信號分解重構(gòu)技術(shù)主要應(yīng)用小波變換法和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法等。模態(tài)參數(shù)識別是橋梁健康監(jiān)測中的重要研究領(lǐng)域，包括結(jié)構(gòu)的頻率、振型和阻尼比等參數(shù)。多種運營模態(tài)分析方法已被提出，包括隨機(jī)子空間法、環(huán)境激勵法、頻域分解法、峰值拾取法、隨機(jī)減量法和時域參數(shù)識別法等。有限元模型修正是通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)來實現(xiàn)的，主要采用靈敏度矩陣法和響應(yīng)面法，替代模型技術(shù)還能與它們有機(jī)結(jié)合。

4橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測最初在20世紀(jì)50年代由美國提出，但由于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的限制，未能取得實質(zhì)性的成果。直到20世紀(jì)80年代末，隨著人工智能技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，歐美國家成功應(yīng)用了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。

我國近年引入該概念，并取得了快速進(jìn)展。青馬橋、東莞市橋、江陰長江大橋等都采用了該系統(tǒng)。在技術(shù)萌芽到爆發(fā)期到低谷期，我國結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究經(jīng)歷了多個階段，但隨著傳感器技術(shù)、計算機(jī)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)和信息采集與處理的進(jìn)步，取得了顯著進(jìn)展。此外，各種健康監(jiān)測指標(biāo)和規(guī)范也在不斷完善，而一些理論研究專家也相繼提出了相關(guān)的研究成果，如基于東營黃河公路大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)和安全預(yù)警綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的廈門BRT橋梁等。

5橋梁健康狀況評估系統(tǒng)

對于橋梁的評價和維護(hù)，橋梁的安全評價方法是其中之一重要鏈接。安全性評價方法是評價企業(yè)的整體安全性性能橋通過計算得到的數(shù)據(jù)。它不僅可以確定橋梁是否可靠，還可以為橋梁的維護(hù)提供科學(xué)的維修方案。安全評價的方法也很多樣，各有自己的優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍。

對橋梁健康狀況的評估是基于橋梁的適用性、結(jié)構(gòu)安全等方面的綜合計算評分，最后得到橋梁的健康狀況及其評分值。評分使用了分析層次結(jié)構(gòu)的過程。該層次分析過程是對影響橋梁正常工作狀態(tài)的各種因素進(jìn)行分層調(diào)整，總結(jié)對橋梁單元狀態(tài)有相似影響的因素，形成一層，建立多層次綜合評價體系。

6未來的研究方向

目前，橋梁健康監(jiān)測和評價體系仍存在諸多缺陷，部分功能不能滿足橋梁建設(shè)的要求。需要進(jìn)一步改進(jìn)；為了改進(jìn)系統(tǒng)，未來可以在以下領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

(1)優(yōu)化傳感器的布局。由于橋接病信息的多樣化，所需的傳感器的類型和數(shù)量也很大，但傳感器的數(shù)量也很有限。如何在實現(xiàn)完整的信息監(jiān)測目的的同時減少傳感器的數(shù)量，需要我們進(jìn)一步思考，即如何優(yōu)化傳感器的放置，測點的放置是關(guān)鍵。

(2)收集有效數(shù)據(jù)。通過傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)無疑是大量的各種類型。如何從這些信息中準(zhǔn)確地識別我們需要的疾病信息，并使用有效的數(shù)據(jù)來評估橋梁的完整性？這是我們需要進(jìn)行進(jìn)一步研究的地方。

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