橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)研報(bào)告

1、橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)研報(bào)告2009 年 6 月目錄一、傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)檢查與評(píng)估概述 1.二、現(xiàn)代橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述 2.三、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 3.四、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施現(xiàn)狀 5.五、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果與存在問題 9.六、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改善建議與發(fā)展前景 1. 0、傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)檢查與評(píng)估概述橋梁在建成后，由于受到氣候、腐蝕、氧化或老化等因素，以及長(zhǎng)期在靜載 和活載的作用下易于受到損壞，相應(yīng)地其強(qiáng)度和剛度會(huì)隨時(shí)間的增加而降低。這 不僅會(huì)影響行車的安全，并會(huì)使橋梁的使用壽命縮短。為保證大橋的安全與交通 運(yùn)輸暢通，加強(qiáng)對(duì)橋梁的維護(hù)管理工作極為重要。 橋梁管理的目的在于保證結(jié)構(gòu) 的可靠性，主要指結(jié)構(gòu)的承

2、載能力、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和耐久性能等，以滿足預(yù)定的功能 要求。橋梁的健康狀況主要通過利用收集到的特定信息來加以評(píng)估，并作出相應(yīng)的工程決策，實(shí)施保養(yǎng)、維修與加固工作。評(píng)估的主要內(nèi)容包括：承載能力、運(yùn) 營(yíng)狀態(tài)、耐久能力以及剩余壽命預(yù)測(cè)。承載能力評(píng)估與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的極限強(qiáng)度、 穩(wěn)定性能等有關(guān)，其評(píng)估的目的是要找出結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全儲(chǔ)備，以避免在日常使用中產(chǎn)生災(zāi)難性后果。運(yùn)營(yíng)狀態(tài)評(píng)估與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在日常荷載作用下的變形、振動(dòng)、裂縫等有關(guān)。運(yùn)營(yíng)狀態(tài)評(píng)估對(duì)于大橋工件條件的確認(rèn)和定期維修養(yǎng)護(hù)的實(shí)施 十分重要。耐久能力評(píng)估側(cè)重于大橋的損傷及其成因，以及其對(duì)材料物理特性的 影響。傳統(tǒng)上，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的評(píng)估通過人工目測(cè)檢查或借助于

3、便攜式儀器測(cè)量得到 的信息進(jìn)行。人工橋梁檢查分為經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查。但是人工橋梁 檢查方法在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。美國(guó)聯(lián)邦公路委員會(huì)的最近調(diào)查表明， 根據(jù)目測(cè)檢查而作出的評(píng)估結(jié)果平均有 56%是不恰當(dāng)?shù)?。傳統(tǒng)檢測(cè)方式的不足之 處主要表現(xiàn)在：（i）需要大量人力、物力并有諸多檢查盲點(diǎn)。現(xiàn)代大型橋梁結(jié)構(gòu)布置極其 復(fù)雜，構(gòu)件多且尺寸大，加之大部分的構(gòu)件和隱蔽工程部位難于直接接近檢查， 因此，這對(duì)現(xiàn)代大型橋梁尤其突出；（ii）主觀性強(qiáng)，難于量化。檢查與評(píng)估的結(jié)果主要取決于檢查人員的專業(yè) 知識(shí)水平以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，雖然橋梁的分析設(shè)計(jì)與 施工技術(shù)已日趨完善，但對(duì)某些響應(yīng)

4、現(xiàn)象，尤其是損傷的發(fā)展過程，尚處于經(jīng)驗(yàn) 積累中，因此定量化的描述是很重要的；（iii）缺少整體性。人工檢查以單一構(gòu)件為對(duì)象，而用于現(xiàn)代機(jī)械、光學(xué)、超聲波和電磁波等技術(shù)的檢測(cè)工具， 都只能提供局部的檢測(cè)和診斷信息， 而不能 提供整體全面的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和評(píng)估信息；（iv）影響正常交通運(yùn)行。對(duì)于較大型的橋梁通常需要搭設(shè)觀察平臺(tái)或用觀 測(cè)車輛，無(wú)可避免需要實(shí)施交通控制；（v）周期長(zhǎng)，時(shí)效性差。大型橋梁的檢查周期可達(dá)經(jīng)年。在有重大事故或 嚴(yán)重自然災(zāi)害的情況下，不能向決策者和公眾提供即時(shí)信息。二、現(xiàn)代橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述由于人工橋梁檢查程序和設(shè)施無(wú)法直接和有效地應(yīng)用于大型的橋梁檢測(cè)上。因此有必要建立和發(fā)展

5、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)用以監(jiān)測(cè)和評(píng)估大橋 在運(yùn)營(yíng)期間其結(jié)構(gòu)的承載能力、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和耐久能力等。橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合了現(xiàn) 代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)管理方法、知識(shí)挖掘、 預(yù)測(cè)技術(shù)及橋梁結(jié)構(gòu)分析理論等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，極大地延拓了橋梁檢測(cè)領(lǐng)域， 提高了預(yù)測(cè)評(píng)估的可靠性。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷后，結(jié)構(gòu)的某些局部和整體的參 數(shù)將表現(xiàn)出與正常狀態(tài)不同的特征， 通過安裝傳感器系統(tǒng)拾取這些信息， 并識(shí)別 其差異就可確定損傷的位置及相對(duì)的程度。通過對(duì)損傷敏感特征量的長(zhǎng)期觀測(cè)， 可掌握橋梁性能劣化的演變規(guī)律，以部署相應(yīng)的改善措施，延長(zhǎng)橋梁使用壽命。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為橋梁評(píng)估提供即時(shí)客觀的依據(jù)， 但由

6、于資源等方面所限，就目前情況 而言，傳感器系統(tǒng)不可能涵蓋所有構(gòu)件。 此外，由于對(duì)大型橋梁在復(fù)雜環(huán)境下響 應(yīng)的認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的限制，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)某些關(guān)鍵性部位監(jiān)測(cè)的不足。 大橋損傷大致 可分為結(jié)構(gòu)性損傷與非結(jié)構(gòu)性損傷兩大類。用于結(jié)構(gòu)性損傷檢測(cè)和非結(jié)構(gòu)性損傷 檢測(cè)的傳感器種類和布置截然不同。此外，非結(jié)構(gòu)性損傷雖然不會(huì)減弱結(jié)構(gòu)的承 載能力與耐久性，但對(duì)橋梁的正常運(yùn)營(yíng)造成隱患。大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能 包括：（i）監(jiān)測(cè)大橋的結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)營(yíng)狀況；（ii）提供大橋定期維修養(yǎng)護(hù)所需要的信息；（iii）檢驗(yàn)大橋設(shè)計(jì)假定和設(shè)計(jì)參數(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性。我們特別強(qiáng)調(diào)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能服務(wù)于大橋的定期維修與管理。這一功能將通

7、過建立專門的構(gòu)件危險(xiǎn)及易損性評(píng)級(jí)系統(tǒng)和基于整體檢測(cè)與局部檢測(cè)評(píng)估體系-3 -相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。，建立一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定高效的橋梁健康監(jiān)測(cè)和安全評(píng)價(jià)系統(tǒng),對(duì)于提升橋梁工程的設(shè)計(jì)、施工和管理水平亦具有十分重要的意義圖1橋梁健康監(jiān)測(cè)構(gòu)架圖-4 -# -三、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)涉及的研究范圍包括：傳感器優(yōu)化布設(shè) 與系統(tǒng)集成研究，數(shù)據(jù)采集、處理、顯示及存儲(chǔ)研究，結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估研究。傳感器的優(yōu)化布設(shè)（傳感器類型，位置和數(shù)量）對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果起決定作用。由于 客觀因素的制約，傳感器的數(shù)量總是有限的，如何布設(shè)有限數(shù)量的傳感器從噪聲 信號(hào)中實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)改變信息的最優(yōu)采集， 是大跨度橋梁健康監(jiān)

8、測(cè)的關(guān)鍵技術(shù) 之一。系統(tǒng)集成是將系統(tǒng)內(nèi)不同功能的子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上連接在 一起，以實(shí)現(xiàn)信息綜合分析和管理。系統(tǒng)集成是橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化程度的重要 標(biāo)志，旨在實(shí)現(xiàn)資源共享和信息綜合，其發(fā)展方向是“一體化集成”和開放的分 布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，與外部各種通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，構(gòu)成信息高速公路的一個(gè)節(jié)點(diǎn)或 廣義的“信息點(diǎn)”。數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)及提取是橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要內(nèi)容。 應(yīng)向滿足多媒體、同步化、寬帶化、高速率、大容量等信息傳輸?shù)囊蠓较虬l(fā)展， 保證系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)、同步的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，及時(shí)有效地處理、分析、存儲(chǔ)和管理 龐大的數(shù)據(jù)流。橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估是橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心和目標(biāo)。借助于有限元分析模型

9、和大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)識(shí)別和模式識(shí)別的方法，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的環(huán) 境和條件狀態(tài)，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)性能及其退化趨勢(shì)。系統(tǒng)識(shí)別法以結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型和模型 估計(jì)（或修正）為基礎(chǔ)，通過識(shí)別模型參數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與損傷診 斷?；谔卣鞯哪Ｊ阶R(shí)別法是利用傳感器信號(hào)的適當(dāng)特征，通過模式分類過程來 辨識(shí)結(jié)構(gòu)的變化。所謂“特征”是由測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的、反映結(jié)構(gòu)狀態(tài)分類本 質(zhì)的量。振動(dòng)模態(tài)參數(shù)是最早用來識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷的特征，目前得到普遍認(rèn)同的一 種最實(shí)用的方法就是結(jié)合系統(tǒng)識(shí)別、振動(dòng)理論、振動(dòng)測(cè)試技術(shù)、信號(hào)采集與分析 等跨學(xué)科技術(shù)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法。這種方法大致可分為模型修正法和指紋分析法 兩大類。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)

10、、計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)分 析理論的迅速發(fā)展， 大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)技術(shù)，近年來已成為國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。從目前理論研究狀況來看：近年來，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域涌現(xiàn)了大量的研究論文，這些論文的研究?jī)?nèi)容包括智能傳感器、傳感器的優(yōu)化布置、數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸、損傷識(shí)別方法、橋梁狀態(tài)評(píng)估、橋梁生命周 期管理養(yǎng)護(hù)等。此外，還舉辦了許多以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)為主題的國(guó)際會(huì)議，如:國(guó)際健康監(jiān)測(cè)研討會(huì)、歐洲健康監(jiān)測(cè)研討會(huì)、新型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研討會(huì)和智能結(jié) 構(gòu)和健康監(jiān)測(cè)會(huì)議。另外，國(guó)際模態(tài)會(huì)議、SP IE年會(huì)、歐洲智能結(jié)構(gòu)和材料會(huì)議、國(guó)際結(jié)構(gòu)控制會(huì)議等都有結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別的專題。

11、此外，很多研究者正致力于研究并制定橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指南和規(guī)范，如:L auzon等研究者提出了一個(gè)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議；美國(guó)Dex rel大學(xué)的A k tan教授等 制定了比較詳細(xì)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指南；加拿大IS IS組織的主席M uf t i 教授也主持起草了一份結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)指南。 英國(guó)的研究者制定了一個(gè)指導(dǎo)健康監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指南。香港理工大學(xué)以高贊明教授為首的課題組也正致力于研究制 定專門用于大跨索橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指南。鑒于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)已在世界上得到廣泛應(yīng)用，國(guó)際橋 梁協(xié)會(huì)于2003年7月在瑞士決定制訂有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的國(guó)際規(guī)程，以指 導(dǎo)和推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)在各

12、國(guó)的應(yīng)用。四、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析理論的迅速發(fā)展，大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估近年來已成為國(guó)內(nèi)外工 程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)總的目標(biāo)是通過測(cè) 量反映大橋環(huán)境激勵(lì)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)狀態(tài)的某些信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大橋的工作性能和評(píng) 價(jià)大橋的工作條件，以保證大橋的安全運(yùn)營(yíng)及為大橋的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)。與傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)方法（包括眾多的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)）不同，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安 全評(píng)價(jià)系統(tǒng)重在診斷可能發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷或?yàn)?zāi)難的條件和環(huán)境因素， 評(píng)估結(jié)構(gòu)性能 退化的征兆和趨勢(shì)，以便及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)維修措施。而傳統(tǒng)的檢測(cè)方法重在損傷

13、發(fā) 生后檢查損傷的存在并采取維修加固的手段， 因此，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng) 價(jià)系統(tǒng)的概念具有革命性的變革。通過對(duì)傳感器的革新和自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的更新?lián)Q代，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)正向簡(jiǎn)單易裝、經(jīng)濟(jì)可行、持久可靠的方向發(fā)展，并已在世界許 多大橋得到應(yīng)用。表1列出了世界上安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部分橋梁， 其中陽(yáng)邏長(zhǎng)江大 橋、北京清河橋以及南寧大橋?yàn)槲以撼薪?，?2、表3為傳感器裝備情況，表4 為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投資情況。表1安裝健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部分橋梁橋梁名稱結(jié)構(gòu)類型跨度（米）位置昂船洲橋斜拉橋1018中國(guó)香港西部通道斜拉橋210中國(guó)香港汀九橋斜拉橋127+448+475+127中國(guó)香港汲水門橋斜拉橋1

14、60+430+160中國(guó)香港南京一橋斜拉橋628中國(guó)徐浦大橋斜拉橋590中國(guó)Skars un det斜拉橋240+530+240挪威Rama IX斜拉橋166+450+166泰國(guó)Jin do斜拉橋70+344+70韓國(guó)New Haeng Ju斜拉橋160+120+100韓國(guó)柜石島橋斜拉橋700日本橋梁名稱結(jié)構(gòu)類型跨度（米）位置多多羅橋斜拉橋890日本Normandie 橋斜拉橋856法國(guó)大佛寺橋斜拉橋198+450+198中國(guó)南京二橋斜拉橋257+648+257中國(guó)杭州灣跨海橋斜拉橋448中國(guó)蕪湖橋斜拉橋180+312+180中國(guó)清河橋斜拉橋108+66+36中國(guó)潤(rùn)揚(yáng)橋斜拉橋/懸索橋406/1

15、490中國(guó)江陰橋懸索橋1388中國(guó)虎門橋懸索橋888中國(guó)陽(yáng)邏橋懸索橋1280中國(guó)青馬橋懸索橋455+1375+300中國(guó)香港明石橋懸索橋960+1991+960日本南備贊瀨戶橋懸索橋274+1100+274日本Great Belt 橋懸索橋535+1624+535丹麥Namhae 橋懸索橋128+404+128韓國(guó)Yeongjing 橋懸索橋505韓國(guó)采園壩鋼箱系桿拱102+420+88中國(guó)錢江四橋鋼管拱橋2X 190+7x89中國(guó)盧浦橋全鋼拱橋550中國(guó)南寧橋蝴蝶拱橋300中國(guó)Commodore Barry 橋鋼桁架橋501美國(guó)HAM 42-0992連續(xù)梁17+24+17美國(guó)石板坡橋連續(xù)剛構(gòu)

16、330中國(guó)Taylor 橋簡(jiǎn)支梁5匯33加拿大表2國(guó)內(nèi)部分橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器橋 傳感器昂 船 洲 橋西 部 通 道青馬大橋汲 水 門 橋汀九 大 橋虎 門 大 橋江 陰 大 橋錢江四橋南 京橋蘇 通 大 橋潤(rùn) 揚(yáng) 大 橋陽(yáng) 邏 大 橋風(fēng)速 儀2476272482溫度 計(jì)488118115224832640321376493振動(dòng) 傳感 器606617645812302817356位移 計(jì)44222812V38應(yīng)變 計(jì)3201561103012824641820132振弦式應(yīng)變儀140840V光纖 傳感 器87601296磁感 應(yīng)傳 感器71242水平 儀95車軸 車速 儀22666V2VGP

17、S1014+2677+11458125EM測(cè)力2436V傾角 儀106V全站 儀12+2電子 測(cè)距1/16攝像 儀162VVV腐蝕1622422氣壓23計(jì)濕度 計(jì)2366雨量 計(jì)23表3國(guó)外部分橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器橋名傳感器、明石 大橋南備贊 瀨戶橋柜石 島橋GreatBeltHAM42-0992CommodoreBarry 橋Taylor大橋風(fēng)速儀944V4溫度計(jì)V201+120加速度計(jì)102723V216位移計(jì)766V17焊接式應(yīng)變儀8V18+45626振弦式應(yīng)變儀10148光纖傳感 器V65車軸車速 儀V2GPS3速度計(jì)12傾角儀2+136攝像儀4表4部分橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投資橋名橋型跨

18、度（米）時(shí)間系統(tǒng)投資青馬大橋懸索橋455+1375+30019972000萬(wàn)英鎊汀九橋斜拉橋127+448+475+127汲水門橋斜拉橋160+430+160江陰橋懸索橋138819992800萬(wàn)人民幣南京二橋斜拉橋257+648+25720041130萬(wàn)人民幣陽(yáng)邏大橋懸索橋128020061001萬(wàn)人民幣菜園壩大橋鋼箱系桿拱102+420+882007880萬(wàn)人民幣清河大橋斜拉橋108+66+362007255萬(wàn)人民幣南寧大橋蝴蝶拱橋3002008420萬(wàn)人民幣鄂東橋斜拉橋92620081300萬(wàn)人民幣五、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果與存在問題從橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用效果來看， 建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的

19、大橋，基本上 能夠?qū)崟r(shí)獲得橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形以及變位等參數(shù)，用以實(shí)時(shí)評(píng)估橋梁實(shí)際工作 狀態(tài)和預(yù)測(cè)橋梁功能變化，給管理部門及時(shí)作出合理維修策略提供重要依據(jù)。有 的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確記錄了大橋經(jīng)歷船撞擊等突發(fā)情況下的響應(yīng)，并判斷出大橋是否因此而損壞，使管理部門作出了準(zhǔn)確而及時(shí)的決策反應(yīng)。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)正在逐漸被學(xué)術(shù)界和工程界廣泛接受并應(yīng)用的新課題，在目前的實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)踐中，尚存在一些比較普遍的問題：（i）缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)規(guī)模差異性較大，有的系統(tǒng)安裝了上千個(gè)傳感器， 有的系統(tǒng)則僅安裝了幾十個(gè)傳感器；（ii）傳感器選型與布設(shè)合理性有待商榷。 部分傳感器精度或耐久性不夠，有 的測(cè)點(diǎn)布置不合理，由于

20、有些橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不是由橋梁專業(yè)人員設(shè)計(jì)， 或 者這些設(shè)計(jì)者缺乏豐富的橋梁檢測(cè)與評(píng)估經(jīng)驗(yàn)， 使得其測(cè)點(diǎn)的布設(shè)不甚合理，導(dǎo) 致目前橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置規(guī)模差異性較大，造成投資浪費(fèi)或關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺失；（iii）健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的使用壽命難以得到保證，傳感器壽命和傳輸線路 長(zhǎng)期使用是否暢通是影響到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用壽命的關(guān)鍵；（iv）環(huán)境影響及測(cè)量噪聲難以完全消除，降低了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。測(cè)量數(shù)據(jù)的不完整性，給分析帶來困難；（v）有些大橋的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取了海量數(shù)據(jù)， 但是未有效及時(shí)的處理，分 析人員缺乏足夠的橋梁知識(shí)，造成數(shù)據(jù)災(zāi)難；（vi ）橋梁健康狀況評(píng)價(jià)體系不完備。有些橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然監(jiān)測(cè)到了大量

21、數(shù)據(jù)，但是由于評(píng)估理論本身不完善及部分橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)評(píng)估模塊的建立缺 乏有經(jīng)驗(yàn)的橋梁評(píng)估專業(yè)人員，使得監(jiān)測(cè)到的有效數(shù)據(jù)未能有效應(yīng)用于橋梁狀況 評(píng)估之中；（vii）理論與實(shí)踐及相關(guān)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合需要加強(qiáng)。 健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域涌現(xiàn)了大 量的研究論文，但目前有些理論并不能有效應(yīng)用于工程實(shí)踐； 健康系統(tǒng)由許多子 系統(tǒng)組成，如何將這些子系統(tǒng)更有效的結(jié)合起來進(jìn)行評(píng)估需要進(jìn)一步研究。六、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改善建議與發(fā)展前景針對(duì)目前橋梁檢測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題， 我們有必要加強(qiáng)研究， 更進(jìn)一步優(yōu)化 監(jiān)測(cè)技術(shù)、完善健康監(jiān)測(cè)以及安全評(píng)價(jià)理論。結(jié)合我公司長(zhǎng)期從事橋梁研究的實(shí) 際經(jīng)驗(yàn)，我們提出一些健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改善建議，以做到在現(xiàn)有

22、技術(shù)水平的基礎(chǔ) 上，設(shè)計(jì)出功能全面、性能優(yōu)良、穩(wěn)定耐久、經(jīng)濟(jì)合理的切合大橋管理實(shí)際維護(hù) 要求的橋梁健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)（i）采用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢查方法相結(jié)合進(jìn)行大橋管理維護(hù)的新策略， 發(fā)展數(shù)字電子管養(yǎng)系統(tǒng)。建立好大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，理論上只需一臺(tái)可以上網(wǎng) 的電腦，就可以在世界任何地方對(duì)大橋的工作狀況了如指掌。當(dāng)然，實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖可為橋梁評(píng)估提供即時(shí)客觀的依據(jù)，但一方面由于資源、成本等方面的限制，就目前情況而言， 傳感器系統(tǒng)不可能涵蓋大橋的所有構(gòu)件。此外，由于 現(xiàn)階段對(duì)大型橋梁在復(fù)雜環(huán)境下的響應(yīng)的認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的限制，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)某些關(guān)鍵性部位監(jiān)測(cè)不足。因此，在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，要避免完全依

23、賴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的進(jìn)行橋梁工作狀態(tài)評(píng)估的思想，應(yīng)該適當(dāng)與傳統(tǒng)的檢查方法結(jié)合對(duì)大橋進(jìn)行管 理維護(hù)。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)全橋整體工作性能、與橋梁安全直接相關(guān)的關(guān)鍵 點(diǎn)的監(jiān)測(cè)以及突發(fā)事件的報(bào)警，從總體上把握全橋的工作狀態(tài)，而傳統(tǒng)檢查方法 應(yīng)與健康系統(tǒng)結(jié)合一起對(duì)某些局部位置進(jìn)行檢查。如果能將橋梁人工檢查與先進(jìn) 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，那么現(xiàn)存檢測(cè)方法中的許多不足之處可有效消 除。橋梁管理維護(hù)的新策略如圖2所示，它綜合了傳統(tǒng)的人工檢查方法與現(xiàn)代監(jiān) 測(cè)技術(shù)的長(zhǎng)處。圖2現(xiàn)代橋梁維護(hù)策略健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在橋梁維護(hù)管理中的作用是根據(jù)傳感器系統(tǒng)的測(cè)量值或其衍 生量對(duì)橋梁整體與局部作出合理評(píng)估。 其中，評(píng)估式維護(hù)工

24、作指對(duì)橋梁構(gòu)件的不 正常表現(xiàn)作出即時(shí)診斷并找出其根源。預(yù)測(cè)性維護(hù)旨在及早發(fā)現(xiàn)災(zāi)難性破壞的隱 患，以便能采取措施加以消除或最低程度對(duì)其進(jìn)行控制和延緩。從這個(gè)意義上說，完整的大橋健康記錄對(duì)大跨度橋梁的健康狀態(tài)作出明確清晰的預(yù)測(cè)評(píng)估是十分 重要的。預(yù)防性維護(hù)通過定期的現(xiàn)場(chǎng)檢查來落實(shí)， 由目測(cè)或借助某些儀器對(duì)那些 尚不明晰的問題進(jìn)行記錄分析，例如腐蝕、徐變等。當(dāng)檢測(cè)出橋梁有損傷發(fā)生時(shí)， 就需要對(duì)其進(jìn)行加固，這是顯然的。在大橋整個(gè)設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)，在確保大橋安 全可靠運(yùn)營(yíng)前提下，使維護(hù)管理保持在相對(duì)較低的穩(wěn)定水平， 這是引進(jìn)結(jié)構(gòu)健康 監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)的終極意義之所在。（ii）充分利用好健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初期數(shù)

25、據(jù)。從當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的橋梁健康系統(tǒng) 來看，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的使用壽命難以保證， 而在大橋投入使用初期健康監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)各子系統(tǒng)工作狀況較好，因此，我們認(rèn)為應(yīng)該充分利用這段時(shí)間實(shí)時(shí)健康監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的結(jié)果，建立起大橋健康工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后的損傷識(shí)別和 評(píng)估提供強(qiáng)有力的依據(jù)，且通過這段時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 找準(zhǔn)橋梁各 構(gòu)件的變化趨勢(shì)，建立起精確可靠的預(yù)測(cè)模式，為制定長(zhǎng)期穩(wěn)定的檢查維護(hù)計(jì)劃 作準(zhǔn)備。（iii）保證關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期正常采集。橋梁健康系統(tǒng)工作若干年后，一 般都會(huì)有一個(gè)系統(tǒng)老化的問題，部分傳感器和傳輸線路不能正常工作， 造成數(shù)據(jù) 不能正常采集。切合當(dāng)前實(shí)際情況，我們的思路是系統(tǒng)運(yùn)行若干年后，要保證與 橋梁安全直接相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)仍然能正常運(yùn)行，這些關(guān)鍵點(diǎn)是通過橋梁結(jié)構(gòu)分析、 實(shí)橋經(jīng)驗(yàn)以及前期健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定，在這些關(guān)鍵點(diǎn)選擇耐久性好且易于更換的 傳感器，以確保該點(diǎn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期正常采集。（iv）合理的選擇與使用傳感