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橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用及發(fā)展

更新時(shí)間：2021-04-10 17:51

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   1、引言
        新時(shí)代的持續(xù)發(fā)展，催動(dòng)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(zhǎng)度超過了4257萬延米。社會(huì)的綜合性進(jìn)步，提高了交運(yùn)的需求額度，催動(dòng)了諸如行車密度等系列數(shù)據(jù)的增大，同時(shí)需要或者有待維修的橋梁也多了起來。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，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(shí)段一般很長(zhǎng)，因此運(yùn)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(shí)段偏長(zhǎng)，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(jì)等系列風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁本身出現(xiàn)有諸如裂縫等風(fēng)險(xiǎn)問題和現(xiàn)象，已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)目前的交通量需求，安全問題突出。當(dāng)前對(duì)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(shí)間較長(zhǎng)，往往是一年以上，無法做到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能在橋梁發(fā)生異常情況時(shí)提供預(yù)警。因此，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
        結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)指利用現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行分析監(jiān)測(cè)、評(píng)估，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)性能變化。該類檢測(cè)的重要訴求之一是當(dāng)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(shí)候給予及時(shí)預(yù)警提示，確保既有損壞在事故發(fā)生前得到檢測(cè)和重視，籍此提升在管維等方面決策的科學(xué)度，具有即時(shí)性的特征。[2]。
        監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，采用無線專用傳感器進(jìn)行傳輸。

        目前橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)容有[3]：
        （1）荷載（包括風(fēng)、地震、溫度和交通荷載）。所使用的傳感器有：專門測(cè)速的儀器、專門測(cè)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(qiáng)等級(jí)地震的儀器。
        （2）幾何監(jiān)測(cè)。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(jìn)行的檢測(cè)，主要關(guān)注橋塔沉降等風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)象及問題。所使用的傳感器有：基于角度傾斜、位置異動(dòng)、距離測(cè)量功能的儀器。
        （3）結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力反應(yīng)。假設(shè)在基于角度傾斜、位置異動(dòng)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(duì)應(yīng)變本身，另外也涉及到應(yīng)力方面。測(cè)力計(jì)主要著眼于張力情況，具體目標(biāo)測(cè)量對(duì)象有主電等。加速度計(jì)的功能則重點(diǎn)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(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。
        現(xiàn)在，國內(nèi)配置有類似檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)的橋梁所應(yīng)用系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要著眼于傳感器，構(gòu)建時(shí)間較晚，普遍是二十一世紀(jì)以后的事情。不過，最近幾年這種情況得到了部分改觀，標(biāo)準(zhǔn)化等成了新的發(fā)展趨勢(shì)，更重要的是相當(dāng)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(shí)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(duì)該橋E6、E7箱梁牛腿的典型裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)跟蹤。

通過對(duì)2條典型裂縫于2015年10月10日至10月30日的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)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?？梢姡敬伪O(jiān)測(cè)時(shí)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(yùn)營提供了保證，為橋梁的管理和維修決策提供科學(xué)依據(jù)。并相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益。
        4存在問題
        就現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究發(fā)展水平來看，該系統(tǒng)仍然存在以下幾個(gè)的問題[6]：
        （1）既用的計(jì)算方法有待優(yōu)化，導(dǎo)致目前需要檢測(cè)過多的動(dòng)點(diǎn)，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(dāng)一部分?jǐn)?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(dǎo)向。目前，在評(píng)估大跨度橋梁的時(shí)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(qiáng)化從外部關(guān)照大概形狀，及對(duì)具體使用情況以定性思維進(jìn)行粗略評(píng)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
        （3）和基于管理的系統(tǒng)之間的對(duì)接存在一定問題。面對(duì)特定橋梁，尤其是構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜的個(gè)案，怎樣推動(dòng)實(shí)現(xiàn)部分和整個(gè)橋梁及多維度檢測(cè)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(dòng)自動(dòng)化等態(tài)勢(shì)的實(shí)現(xiàn)，還有在具體評(píng)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(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。
        5、發(fā)展趨勢(shì)
        以國內(nèi)若干在建橋梁所配備檢測(cè)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(gè)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(cè)現(xiàn)實(shí)，先內(nèi)在系統(tǒng)而且實(shí)現(xiàn)全覆蓋的檢測(cè)方向發(fā)展，并且最終具備整體性的綜合特征。
        （2）從比較簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采取及儲(chǔ)存，向兼具下個(gè)階段的處置及具體分析功能，未來出具的具體結(jié)果對(duì)于決策而言的價(jià)值會(huì)更高。
        （3）在技術(shù)層面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)質(zhì)的提升，相關(guān)器材的靈敏度等方面會(huì)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(huì)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(cè)，主要是立足于非有線傳感的相關(guān)技術(shù)等，可時(shí)性而非間斷的檢測(cè)或監(jiān)控橋梁運(yùn)行中的具體運(yùn)營態(tài)勢(shì)，進(jìn)而即時(shí)性獲得系列相關(guān)數(shù)據(jù)及背后的真實(shí)信息，在進(jìn)行快捷分析的基礎(chǔ)上判斷健康情況，對(duì)就可靠維度進(jìn)行深度評(píng)估，進(jìn)而推動(dòng)相關(guān)決策的科學(xué)化轉(zhuǎn)型。還有就是，該檢測(cè)還能在理論及理念層面推動(dòng)橋梁設(shè)計(jì)水準(zhǔn)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(zhǔn)確預(yù)期，還有就是在既定壽命期限中對(duì)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(jìn)一步的深化及摸索，尤其是需要立足于漫長(zhǎng)的檢測(cè)或監(jiān)控，推動(dòng)理論研究的升華，進(jìn)而為實(shí)務(wù)層面開拓可觀的新空間。
        參考文獻(xiàn)：
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        [2]王曉東.淺析結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].經(jīng)濟(jì)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(cè)[J].中國公路學(xué)報(bào)，2000，13（2）：37-42.
        [4]周文松.大跨度斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，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(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[C]// 全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議.2006.
        [6]趙文秀.橋梁健康監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014

橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)方法

橋梁和大型建筑健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

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