桥梁结构健康监测的意义和实现功能

作者：钧测检测　发布日期：　浏览次数：

随着我国公路桥梁事业的发展，桥梁越来越多，同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段，有关专家认为桥梁使用超过25年以上则进入老化期，据统计，我国桥梁总数的40%已经属于此范畴，均属“老龄”桥梁。而且随着时间的推移，其数量还在不断增长，桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。为了适应公路运输载重量不断发展的要求，充分利用现有的公路桥梁，使之能继续安全地为公路运输服务，根据交通部颁布的《公路养护技术规范》要求，必须对桥梁进行鉴定。

随着各地如火如荼地发展桥梁，接踵而来的桥梁施工事故也频频敲响了安全生产的警钟。

屡屡发生的桥梁施工事故让人触目惊心，原因可能不尽相同，地质、勘察、设计、施工、监理等过程，每个方面的疏忽都可能酿成安全事故，但有一点是可以肯定的，事故折射出的是安全施工监测技术和手段的不足，以及施工安全管理和监管力度的欠缺。桥梁施工中的高技术含量和高风险性无不需要强烈的安全意识、周密的安全管理和严格的安全监管来实现，桥梁工程很大程度上就是一项考验安全管理的工程。而坍塌等事故频发，不仅仅是技术上的失误，也是安全意识的坍塌。

为了随时了解桥梁施工状态，对突发事故进行提前预警，维护桥梁施工的安全和社会稳定，让类似于杭州桥梁塌方这样的悲剧不会再次上演，对桥梁施工安全监测已经刻不容缓!桥梁监测系统是利用现代电子、信息、通信及计算机技术，可实现对桥梁监测指标的实时采集、实时传输、实时预警。亦可用于非长期或人工形式的监测检测中。

桥梁监测方法要根据环境和桥型因地制宜，但大致有如下共性。

1.监测范围

(1)敏感部位监测。一般只在桥梁内力、应变、位移变化和裂纹产生对桥梁影响至关重要的(敏感)部位进行监测。得到这些部位的参数后，就可以对桥梁的总体状况有了基本的判断。这种监测方法可用在中小跨度、体系单一的桥梁中，而且大多采用间歇式人工监测，有条件的可配备小型检测设备。

(2)总体监测。特大桥梁构造复杂，难以做地毯式人工监测。鉴于特大桥梁的重要性，需要适时地得到桥梁正常工作的总体状况(例如，平面摆动的幅度、挠度的变化、纤细杆件内力的变化、自振频率降低的程度、振型的变化，如果可能的话测量敏感构件的应力应变等桥梁工作参数)。通过对可能取得的桥梁工作参数，采用不同的方法进行*识别'找到桥梁异常的一个或几个可能部位，再由配备检测设备的专业人员到可能异常部位检测。

2.监测方式

(1)人工监测。配备简单的仪器，用人工做地毯式监测，用模糊分级描述桥梁状况，一般可作为定期监测、突发性事件后的特别监测。这种方法费时、费力，可靠性差。但是，它能够为管理层提供辖区内大批桥梁的宏观印象，以制定桥梁管理的技术和经济对策，是一种不可忽视的管理手段，目前各国的桥梁管理系统绝大多数都是基于这种模式。

(2)自动监测。①用固定在桥梁上的专用设备，适时地监测桥梁的工作参数。②由专用设备和软件对工作参数进行识别加工，得到能反映桥梁工作状态的状态信息。③再用特定的方法分析这些状态信息并与桥梁的健康档案相比较，给出桥梁的健康状况或损伤状况。一般适用于特大的或重要的桥梁在线监测。这种方法自动化程度高，是当前研究热点和发展方向；但是，难度大，目前使用尚少。它的三个步骤一个比一个工作难度(不是理论难度)高，本篇后面两章介绍了第三步的一些基本方法；但是，要达到实用水平尚需要在实桥上完善工作模式。

(3)联合监测。考虑到前两种方法的实际情况，用各种小型的自动化程度较高的仪器，配合人工监测。是一个比较可行的方案。各个国家对小型探测仪的研制比较关注，不断有新型仪器进入市场。

3.监测的适时性

(1)加载监测。一般是为了特殊需要，例如，竣工验收、特殊情况鉴定等才进行的监测。加载监测需要在桥梁上组织、排列规定的汽车荷载或其它静荷载、冲击荷载，并按一定程序加载。加载监测可以得到桥梁加荷后位移、变形、应变等几何和力学参数，直接与设计计算相比较。它是以加载前为零状态，得到的是本次加载变化量；一般不是包含以前加载(或作用)历史，更不是包含恒载的绝对量。

(2)运营监测，或在线监测。这是为了长期、不间断地观测桥梁的工作状态，在桥梁适当部位设置固定传感器，适时地判断桥梁的安全程度。既可以连续地读取监测数据，也可以间歇地读取监测数据。不需要施加人为荷载，而是观测自然环境(包括交通流)对桥梁的影响，很少直接与设计计算相比较。

4.监测的状态

(1)静态。监测桥梁结构的静态几何和力学参数，用以分析桥梁结构的工作状态。静态监测比较困难，一般都是加载检测。但是，静态参数比较直观地反映了桥梁的工作状态。

(2)动态。监测桥梁结构的动态几何和力学参数，用以分析桥梁结构的工作状态。动态监测相对于静态监测来说比较方便，适于运营监测。但是，动态参数不很直观，需要加工以后才能使用；或者说动态参数与结构的工作状态相关关系研究尚少，

美国公路总署1995年用诱发地震测定桥梁下部结构的特性曲线，用该曲线作为桥梁桩基的基准状况，为今后评估的起点。现已利用该技术评估了约10万座桥梁的冲刷受损情况。5.常规监测的工作参数

(1)位移。包括绝对位移和相对位移，静位移和动位移。

(2)变形。例如，静动挠度、静动应变等。

(3)力。例如，索的张拉力。

(4)动力参数。例如，速度、加速度，可转换成频率、振型，再转换成张力、位移。

(5)外观和完整率。例如，气蚀、磨损、裂缝、剥落。

(6)物理化学现象。例如，混凝土碱集料反应、混凝土中性化(碳化、酸雨、氯蚀)、钢材锈蚀。(7)环境。例如，风速(向)、空气(或桥体)温度、地震、交通量(和荷载)。