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2020年12月，交通運輸部辦公廳發(fā)了關于印發(fā)《公路長大橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)建設實施方案》通知，對全國公路400多座長大橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)實施提供了指導性意見。公路系統(tǒng)長大橋梁的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的建設在逐步地推進，將進一步推動長大橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展。橋梁健康監(jiān)測也是目前橋梁智慧化管養(yǎng)的一個重要措施，同時也是目前國內(nèi)專家學者研究的一個熱點問題。撓度是橋結構的一個關鍵參數(shù)，同時動撓度監(jiān)測也是橋梁監(jiān)測的一個難點問題，本文重點介紹毫米波雷達在橋梁健康監(jiān)測中的應用。
橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的最前端和最基礎的系統(tǒng)是傳感器子系統(tǒng)系統(tǒng)，橋梁評估的參數(shù)是直接利用傳感器監(jiān)測的參數(shù)或經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到的參數(shù)。因此橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)功能的實現(xiàn)與橋梁監(jiān)測參數(shù)的選擇、儀器設備的選型、監(jiān)測傳感器與參數(shù)應與監(jiān)測的目的和內(nèi)容相匹配等直接相關。橋梁結構健康監(jiān)測的具體參數(shù)應根據(jù)以下規(guī)定來進行確定：
· 根據(jù)橋梁運行環(huán)境、受力狀態(tài)分析、耐久性分析、風險評估結果、監(jiān)測應用目標確定監(jiān)測內(nèi)容；
· 根據(jù)橋梁結構、部件、構件的技術狀況,既有病害、損傷程度、監(jiān)測應用目標,經(jīng)分析確定監(jiān)測內(nèi)容；
· 根據(jù)技術狀況評定結果、監(jiān)測應用目標確定監(jiān)測內(nèi)容。根據(jù)以上橋梁結構健康監(jiān)測參數(shù)確定的相關規(guī)定，應包括橋梁運營環(huán)境、作用、結構響應、結構變化等。橋梁運營環(huán)境監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、雨量和結冰等。橋梁作用監(jiān)測的主要內(nèi)容包括車輛荷載、風速及風向、結構溫度、船舶撞擊和地震等。橋梁結構響應監(jiān)測的主要內(nèi)容包括位移、轉角、應變、索力、支座反力、振動等。橋梁結構變化監(jiān)測的主要參數(shù)包括基礎沖刷、位移、裂縫、腐蝕、預應力、斷絲、螺栓狀態(tài)及索夾滑移等。
（1）毫米波雷達的特點
根據(jù)《公路橋梁結構監(jiān)測技術規(guī)程規(guī)程》（JT/T 1037-2022）中對懸索橋、斜拉橋、梁式橋及拱橋規(guī)定的監(jiān)測內(nèi)容，主梁或拱橋的豎向位移（或撓度）及振動加速度均為必選的監(jiān)測參數(shù)。因此不管是是對于大跨徑橋梁還是中小跨徑橋梁，橋梁撓度和豎向加速度監(jiān)測都是關鍵的監(jiān)測參數(shù)。毫米波雷達由于具有全天候、非接觸、高精度、多目標和遠距離等特點，此外橋梁動撓度時程曲線通過微分關系可以很方便得到橋梁結構的振動加速度信息，因此該設備不僅可以對橋梁動撓度進行高精度的監(jiān)測，通過高頻的動撓度監(jiān)測可以分析橋梁結構的振動特性。
（2）毫米波雷達監(jiān)測的應用
毫米波雷達采用線性調(diào)頻連續(xù)波、雷達干涉測量以及合成孔徑雷達（SAR）技術等關鍵技術，在雷達波束角范圍能實現(xiàn)對橋梁結構多個目標進行動撓度的精確測試。通過對橋梁結構動撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，可以實現(xiàn)對橋梁結構動力特性以及結構動力響應的分析，可以得到橋梁結構的自振頻率、阻尼比、動撓度振動幅值、沖擊系數(shù)等評估參數(shù)。在利用毫米波雷達對橋梁動撓度進行監(jiān)測時，需要在橋梁測試位置安裝角反射器，將雷達監(jiān)測設備安裝在位移不發(fā)生變化或變化較?。ㄆ渥冃慰梢院雎圆挥嫞┑臉蚨栈驑蚺_上。對于中小跨徑橋梁，橋梁跨中豎向撓度是橋梁結構變形最大的關鍵截面，采用毫米波雷達設備應重點監(jiān)測其跨中部位的測點。對于大跨徑橋梁有時需要對沿橋梁縱向多個測點動撓度進行監(jiān)測時，將雷達安裝在橋墩或橋臺相對固定的位置，在主梁上沿縱橋向布設多個角反射器，可以實現(xiàn)對橋梁縱橋向的多個測點進行測試。
（3）毫米波雷達撓度監(jiān)測系統(tǒng)
毫米波雷達除具有非接觸、全天候、高精度、多目標、遠距離等特點外，雷達設備還具有低功耗的特點，因此毫米波雷達監(jiān)測系統(tǒng)在沒有供電系統(tǒng)的橋梁可以采用太陽能進行供電。對橋梁動撓度進行監(jiān)測時，毫米波雷達設備主機可以通過監(jiān)控中心采集控制終端或遠程進行數(shù)據(jù)的采集，因此毫米波雷達監(jiān)測系統(tǒng)可以采用有線和無線兩種方式進行網(wǎng)絡的架構設計。毫米波雷達直接使用4G DTU進行傳輸，無需通過工控機進行數(shù)據(jù)采集，組網(wǎng)簡單、解決現(xiàn)場傳輸困難問題。對于集群化中小跨徑橋梁結構撓度監(jiān)測，通過分布式無線組網(wǎng)的方式進行橋梁撓度監(jiān)測系統(tǒng)的布設。采用分布式無線組網(wǎng)模式，毫米波雷達將實時采集的撓度信號通過4G模塊傳輸至4G基站，通過基站將數(shù)據(jù)上傳至云平臺。此外多臺雷達監(jiān)測設備可以通過串口模塊+4G路由+供電模塊的組網(wǎng)模式，將采集數(shù)據(jù)通過4G基站上傳至云平臺。在云平臺建立毫米波雷達的雷聯(lián)網(wǎng)，雷聯(lián)網(wǎng)為用戶提供雷達動位移監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析服務，并能實現(xiàn)向第三方平臺的推送服務。
中交路橋科技依托勘察、檢測（含特檢）、設計等傳統(tǒng)行業(yè)能力，可提供“檢、診、修、應”的全生命周期綜合一體化服務，推動城市安全風險管理技術創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、應用創(chuàng)新，提升城市安全運行風險隱患發(fā)現(xiàn)、防范、化解、管控的智能化水平，為推動城市安全發(fā)展提供堅實保障。在邁向智慧城市的新時代征程中，中交路橋科技有限公司將始終堅守安全底線，不斷完善和優(yōu)化城市安全運行綜合服務平臺，為城市的平穩(wěn)運行貢獻科技力量。
