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橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的運用及發(fā)展

更新時間：2021-04-10 17:51

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   1、引言
        新時代的持續(xù)發(fā)展，催動了橋梁規(guī)劃及構(gòu)建的跨越發(fā)展。在2014年末前，國內(nèi)已建成或在建的橋梁數(shù)量已逾75.7萬，長度超過了4257萬延米。社會的綜合性進步，提高了交運的需求額度，催動了諸如行車密度等系列數(shù)據(jù)的增大，同時需要或者有待維修的橋梁也多了起來。據(jù)初步統(tǒng)計，涉危橋梁數(shù)量近八萬，占比一成以上，即沒十座橋梁中便有一座是危橋 [1]。
        在系列或者多類型的基建中，橋梁需求的資金額度較大，使用時段一般很長，因此運營質(zhì)量本身的重要性也非常明顯。國內(nèi)系列橋梁中，部分存有在用時段偏長，初始確定的承載額度較低，及部分車輛載貨超過既定設(shè)計等系列風險現(xiàn)象，導致橋梁本身出現(xiàn)有諸如裂縫等風險問題和現(xiàn)象，已經(jīng)難以應(yīng)對目前的交通量需求，安全問題突出。當前對于橋梁的檢查主要還是采用傳統(tǒng)的定期檢查方式，這種方式的檢查間隔時間較長，往往是一年以上，無法做到對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的實時監(jiān)測，不能在橋梁發(fā)生異常情況時提供預(yù)警。因此，對于橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的監(jiān)測是一項重要而緊迫的工作，特別是特殊結(jié)構(gòu)、交通主干道的重要橋梁，橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)控就尤為重要。
        2、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
        結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)指利用現(xiàn)場的無損傳感技術(shù)，通過包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性進行分析監(jiān)測、評估，以實時監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)性能變化。該類檢測的重要訴求之一是當特定架構(gòu)或者建筑在環(huán)境抑或本身情況發(fā)生問題的時候給予及時預(yù)警提示，確保既有損壞在事故發(fā)生前得到檢測和重視，籍此提升在管維等方面決策的科學度，具有即時性的特征。[2]。
        監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)以云計算技術(shù)為基礎(chǔ)，采用無線專用傳感器進行傳輸。

        目前橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)容有[3]：
        （1）荷載（包括風、地震、溫度和交通荷載）。所使用的傳感器有：專門測速的儀器、專門測量溫度的儀器、專門稱量的儀器和專門度量地震尤其是較強等級地震的儀器。
        （2）幾何監(jiān)測。以橋梁架構(gòu)中的系列部分是否出現(xiàn)位置方面的異常為客體進行的檢測，主要關(guān)注橋塔沉降等風險現(xiàn)象及問題。所使用的傳感器有：基于角度傾斜、位置異動、距離測量功能的儀器。
        （3）結(jié)構(gòu)的靜動力反應(yīng)。假設(shè)在基于角度傾斜、位置異動等功能的特殊儀器在發(fā)揮具體作用跟蹤相關(guān)情況變化蹤跡；而應(yīng)變儀的功能主要是針對應(yīng)變本身，另外也涉及到應(yīng)力方面。測力計主要著眼于張力情況，具體目標測量對象有主電等。加速度計的功能則重點考量在加速過程中系列構(gòu)造之間的應(yīng)變情況，借助相關(guān)系統(tǒng)的記錄，獲得系列對應(yīng)數(shù)據(jù)。
        現(xiàn)在，國內(nèi)配置有類似檢測系統(tǒng)的橋梁數(shù)量尚不多，僅有數(shù)百座。而且，已經(jīng)配置相關(guān)檢測系統(tǒng)的橋梁所應(yīng)用系統(tǒng)相對簡單，主要著眼于傳感器，構(gòu)建時間較晚，普遍是二十一世紀以后的事情。不過，最近幾年這種情況得到了部分改觀，標準化等成了新的發(fā)展趨勢，更重要的是相當一部分規(guī)模較大的橋梁都在醞釀配置相關(guān)系統(tǒng)。[4、5]。
        3應(yīng)用實例
        廣州市某匝道橋，跨徑組合：E1~E6為一聯(lián)（18+18+20+20+20.82）m；E6~E7為一聯(lián)42.50m（全焊有翼U形加勁肋鋼箱梁）；E7~E12為一聯(lián)24+20+20.23+22+22.14）m；E12~E17為一聯(lián)（21.33+21.9+22.22+22+19.75）m。
        2015年9月23日，管養(yǎng)單位在日常維修巡查過程中發(fā)現(xiàn)，該橋E6#墩箱梁牛腿左右側(cè)面均存在1條斜向裂縫，裂縫寬度較寬。為確保橋梁結(jié)構(gòu)安全，在橋梁維修加固之前，對該橋E6、E7箱梁牛腿的典型裂縫進行監(jiān)測跟蹤。

通過對2條典型裂縫于2015年10月10日至10月30日的監(jiān)測，監(jiān)測頻率為每20min采集1次數(shù)據(jù)，裂縫寬度變化情況如下表1和圖4~圖5?？梢?，本次監(jiān)測時間內(nèi)，牛腿的裂縫寬度基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        該橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控系統(tǒng)為橋梁結(jié)構(gòu)的正常運營提供了保證，為橋梁的管理和維修決策提供科學依據(jù)。并相對于傳統(tǒng)的檢測，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益。
        4存在問題
        就現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究發(fā)展水平來看，該系統(tǒng)仍然存在以下幾個的問題[6]：
        （1）既用的計算方法有待優(yōu)化，導致目前需要檢測過多的動點，宏觀體量偏大，數(shù)據(jù)繁雜質(zhì)量偏低。在具體管理層面，目前在諸如查詢等方面基本上沒有形成較為系統(tǒng)而到位的信息系統(tǒng)，相當一部分數(shù)據(jù)無法得到有效而充分應(yīng)用。
        （2）既有系統(tǒng)的規(guī)范度偏低，甚至缺乏這方面的明顯導向。目前，在評估大跨度橋梁的時候，往往僵化搬用小橋梁的相關(guān)手段及方法。具體而言，該方法強化從外部關(guān)照大概形狀，及對具體使用情況以定性思維進行粗略評估。在具體開發(fā)等事宜方面，目前并沒有統(tǒng)一的規(guī)程及標準數(shù)據(jù)。
        （3）和基于管理的系統(tǒng)之間的對接存在一定問題。面對特定橋梁，尤其是構(gòu)造相對復(fù)雜的個案，怎樣推動實現(xiàn)部分和整個橋梁及多維度檢測之間的結(jié)合，并且在合理結(jié)合中借助信息化技術(shù)推動自動化等態(tài)勢的實現(xiàn)，還有在具體評估中如何協(xié)調(diào)橋梁本身的健康和使用過程中的安全這兩大關(guān)鍵維度等等，均是學界關(guān)注的重點。
        5、發(fā)展趨勢
        以國內(nèi)若干在建橋梁所配備檢測系統(tǒng)為客體，從整體上關(guān)照具體特征，得出國內(nèi)在這方面未來應(yīng)該主要有如下幾個方向 [7]：
        （1）從復(fù)雜度有限而且容易局限在建筑主體的檢測現(xiàn)實，先內(nèi)在系統(tǒng)而且實現(xiàn)全覆蓋的檢測方向發(fā)展，并且最終具備整體性的綜合特征。
        （2）從比較簡單的數(shù)據(jù)采取及儲存，向兼具下個階段的處置及具體分析功能，未來出具的具體結(jié)果對于決策而言的價值會更高。
        （3）在技術(shù)層面會出現(xiàn)一個質(zhì)的提升，相關(guān)器材的靈敏度等方面會更優(yōu)。
        （4）特定系統(tǒng)的局限性將大為降低，甚至可為國際合作提供支撐。
        （5）基于操作而出具的界面等事宜將更為優(yōu)良，而且會出現(xiàn)趨于中國本土化的轉(zhuǎn)型。
        6、結(jié)語
        基于健康考慮的檢測，主要是立足于非有線傳感的相關(guān)技術(shù)等，可時性而非間斷的檢測或監(jiān)控橋梁運行中的具體運營態(tài)勢，進而即時性獲得系列相關(guān)數(shù)據(jù)及背后的真實信息，在進行快捷分析的基礎(chǔ)上判斷健康情況，對就可靠維度進行深度評估，進而推動相關(guān)決策的科學化轉(zhuǎn)型。還有就是，該檢測還能在理論及理念層面推動橋梁設(shè)計水準的提升，并利于涉及橋梁系列問題尤其是新問題的破解，意義非常關(guān)鍵而廣泛。不過，以為擬特定橋梁所處的環(huán)境及經(jīng)營過程中遭遇到的情況很難準確預(yù)期，還有就是在既定壽命期限中對其本身的狀態(tài)變化情況的關(guān)注度可能存在局限，所以相關(guān)研究目前并不深入，甚至可以說尚處于初步階段，亟待進一步的深化及摸索，尤其是需要立足于漫長的檢測或監(jiān)控，推動理論研究的升華，進而為實務(wù)層面開拓可觀的新空間。
        參考文獻：
        [1]馮正霖.我國橋梁技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的思考[J].中國公路，2015（11）：38-41.
        [2]王曉東.淺析結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的現(xiàn)狀與進展[J].經(jīng)濟技術(shù)協(xié)作信息，2007（21）：131-131.
        [3]秦權(quán).橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測[J].中國公路學報，2000，13（2）：37-42.
        [4]周文松.大跨度斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].哈爾濱工業(yè)大學，2005.
        [5]孫利民，孫智，淡丹輝，等.我國大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[C]// 全國橋梁學術(shù)會議.2006.
        [6]趙文秀.橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的若干問題[J].世界橋梁，2008（4）：75-77.
        [7]王宇.橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014

橋梁健康監(jiān)測技術(shù)方法

橋梁和大型建筑健康監(jiān)測系統(tǒng)介紹

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