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兰州公路管理局桥梁健康监测系统技术应用简介

来源:管理员    作者:管理员    日期:2016-05-29 22:00:18    点击次数: 0

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    一、现代桥梁健康监测系统概述

    由于人工桥梁检查程序和设施无法直接和有效地应用于大型的桥梁检测上。因此有必要建立和发展桥梁结构健康监测与安全评估系统用以监测和评估大桥在运营期间其结构的承载能力、运营状态和耐久能力等。桥梁监测系统综合了现代传感技术、网络通讯技术、信号分析与处理技术、数据管理方法、知识挖掘、预测技术及桥梁结构分析理论等多个领域的知识,极大地延拓了桥梁检测领域,提高了预测评估的可靠性。当桥梁结构出现损伤后,结构的某些局部和整体的参数将表现出与正常状态不同的特征,通过安装传感器系统拾取这些信息,并识别其差异就可确定损伤的位置及相对的程度。通过对损伤敏感特征量的长期观测,可掌握桥梁性能劣化的演变规律,以部署相应的改善措施,延长桥梁使用寿命。监测系统为桥梁评估提供即时客观的依据,但由于资源等方面所限,就目前情况而言,传感器系统不可能涵盖所有构件。此外,由于对大型桥梁在复杂环境下响应的认识与经验的限制,也会导致对某些关键性部位监测的不足。大桥损伤大致可分为结构性损伤与非结构性损伤两大类。用于结构性损伤检测和非结构性损伤检测的传感器种类和布置截然不同。此外,非结构性损伤虽然不会减弱结构的承载能力与耐久性,但对桥梁的正常运营造成隐患。大桥健康监测系统的主要功能包括:

    (1)监测大桥的结构安全及运营状况;

    (2)提供大桥定期维修养护所需要的信息;

    (3)检验大桥设计假定和设计参数的可靠性和准确性。

    我们特别强调健康监测系统能服务于大桥的定期维修与管理。这一功能将通过建立专门的构件危险及易损性评级系统和基于整体检测与局部检测评估体系相结合来实现。建立一个技术先进、稳定高效的桥梁健康监测和安全评价系统,对于提升桥梁工程的设计、施工和管理水平亦具有十分重要的意义。

     二、我局健康监测系统研究现状

    我局在2015年开始引入桥梁健康监测系统,首先在G22线K1866+139东岗黄河大桥、G22线为K1873+025天水路黄河大桥及G75线K13+275芦家沟大桥三座桥梁进行试点项目,其中东岗黄河大桥为连续梁桥,天水路黄河大桥及芦家沟桥为连续刚构桥,我局主要对桥梁结构健康监测与安全评价系统进行研究,其涉及的研究范围包括:传感器优化布设与系统集成研究,数据采集、处理、显示及存储研究,结构状态评估研究。

    桥梁结构状态评估是桥梁监测系统的核心和目标。借助于有限元分析模型和大量的监测数据,采用统计、系统识别和模式识别的方法,评估桥梁结构的环境和条件状态,监测结构性能及其退化趋势。系统识别法以结构系统模型和模型估计(或修正)为基础,通过识别模型参数的变化来实现结构状态监测与损伤诊断。基于特征的模式识别法是利用传感器信号的适当特征,通过模式分类过程来辨识结构的变化。所谓“特征”是由测量数据转换得到的、反映结构状态分类本质的量。振动模态参数是最早用来识别结构损伤的特征,目前得到普遍认同的一种最实用的方法就是结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法。

    我局预计于10月底完全建成该系统并投入运营,标志着我省桥梁养护将进入全新模式。三、健康监测系统应用效果与存在问题

    从桥梁健康监测系统实践应用效果来看,建立健康监测系统的大桥,基本上能够实时获得桥梁结构应力、变形以及变位等参数,用以实时评估桥梁实际工作状态和预测桥梁功能变化,给管理部门及时作出合理维修策略提供重要依据。有的监测系统准确记录了大桥经历船撞击等突发情况下的响应,并判断出大桥是否因此而损坏,使管理部门作出了准确而及时的决策反应。

    桥梁健康监测系统是一个正在逐渐被学术界和工程界广泛接受并应用的新课题,在目前的实际工程应用实践中,尚存在一些比较普遍的问题:

    (1) 缺乏统一标准, 系统规模差异性较大,有的系统安装了上千个传感器,有的系统则仅安装了几十个传感器;

    (2)传感器选型与布设合理性有待商榷。部分传感器精度或耐久性不够,有的测点布置不合理,由于有些桥梁健康监测系统并不是由桥梁专业人员设计,或者这些设计者缺乏丰富的桥梁检测与评估经验,使得其测点的布设不甚合理,导致目前桥梁监测系统测点布置规模差异性较大,造成投资浪费或关键数据缺失;

    (3)健康监测系统本身的使用寿命难以得到保证,传感器寿命和传输线路长期使用是否畅通是影响到监测系统使用寿命的关键;

    (4)环境影响及测量噪声难以完全消除,降低了监测数据的可靠性。测量数据的不完整性,给分析带来困难;

    (5)有些大桥的健康监测系统获取了海量数据,但是未有效及时的处理,分析人员缺乏足够的桥梁知识,造成数据灾难;

    (6)桥梁健康状况评价体系不完备。有些桥梁监测系统虽然监测到了大量数据,但是由于评估理论本身不完善及部分桥梁健康监测系统评估模块的建立缺乏有经验的桥梁评估专业人员,使得监测到的有效数据未能有效应用于桥梁状况评估之中;

    (7) 理论与实践及相关系统的有机结合需要加强。健康监测领域涌现了大量的研究论文,但目前有些理论并不能有效应用于工程实践;健康系统由许多子系统组成,如何将这些子系统更有效的结合起来进行评估需要进一步研究。



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