連續(xù)剛構橋健康監(jiān)測系統(tǒng)概述

摘 要：由于橋梁結構長期暴露在空氣中，在荷載作用下結構的使用性能會發(fā)生退化和損傷。為了了解和掌握這種進程，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)便應運而生。文章將對橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀和目前存在的問題進行簡單的討論。

關鍵詞：健康監(jiān)測；損傷；進程

橋梁在通車運營過程中，由于受到氣候條件、車輛荷載等不利因素的影響，材料與空氣中的各種化學元素接觸進而使其發(fā)生腐蝕和老化現(xiàn)象，并且在長期的反復荷載作用下，橋梁結構的強度和剛度也會隨著時間的推移而下降，致使發(fā)生交通事故和降低橋梁使用年限的幾率上升，因此，對運營中的大跨度橋梁進行健康監(jiān)測勢在必行。

1 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)概述

橋梁健康監(jiān)測就是通過對橋梁結構進行無損檢測，實時監(jiān)控結構的整體行為，對結構的損傷位置和程度進行診斷，對橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行評估，為大橋在特殊氣候、特殊交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁的維修、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù)和指導[1]。

傳統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測是采用便攜式檢測儀器對橋梁進行經(jīng)常性、定期性和特殊性檢查來采集橋梁的結構參數(shù)，然后再對參數(shù)進行分析，進而得到橋梁的技術狀態(tài)。但是，這種方法的適用性很低，而且評估出來的結果可信度很低，同時也存在以下幾方面的問題：（1）投入多，效果差；（2）檢測人員的技術水平對檢測結果的影響較大；（3）以單個構件的技術狀態(tài)對整個結構進行評估；（4）影響交通。

2 橋梁健康監(jiān)測內容

（1）荷載監(jiān)測。包括風、地震、溫度、交通荷載、聲荷載等。所使用的傳感器有：風速儀、溫度計、動態(tài)地稱、強震儀、攝像機等。（2）線形監(jiān)測。監(jiān)測橋梁各部位的靜態(tài)位置、動態(tài)位置、沉降、傾斜、線形變化、位移、裂紋、斑點、凹坑等。所使用的傳感器有：位移計、傾角儀、GPS、電子測距器（EDM）、數(shù)字像機等。（3）強度監(jiān)測。監(jiān)測橋梁的應變、應力、動力反應（頻率模態(tài)）等。所使用的傳感器有：應變儀、加速度計。（4）振動監(jiān)測。監(jiān)測結構的振動、沖擊及模態(tài)參數(shù)等。（5）非結構部件及輔助設施。監(jiān)測支座、振動控制設施等。

對于不同的監(jiān)測對象，由于影響其工作性能的控制因素不同，所以監(jiān)測的物理參數(shù)各不相同。同一物理參數(shù)對不同的結構又具有不同的靈敏度，所以效果也不同。因此，橋梁結構健康監(jiān)測中監(jiān)測對象的選擇是至關重要的一步。通常對于大型橋梁結構而言，常以振動監(jiān)測、荷載監(jiān)測、強度監(jiān)測和線形監(jiān)測為主要目標，且通常選擇靈敏度高的特征參數(shù)或幾種參數(shù)聯(lián)合使用作為監(jiān)測對象。

3 橋梁健康監(jiān)測工工程實際中的應用

重慶市軌道交通三號線南延伸段箭灘河大橋為65m+100m+65m三跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋，總長230m。單軌車輛設計荷載：八節(jié)編組，軸重P=110kN。

箭灘河大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)主要有三部分組成：應力監(jiān)測、溫度監(jiān)測、梁體振動加速度監(jiān)測。

應力監(jiān)測共計11個斷面（見圖1），分別為邊跨跨中、中跨跨中、主梁根部截面和支座截面，全橋合計68個應力測點。

文章選擇2013年7月29日連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)進行分析（見表1）。

從表1中看出，在不同時間測出的應變數(shù)據(jù)隨機性較大，但換算出來的應力均比較小。應變計安裝在箱梁內部，雖然夜間大氣溫度較低，但是由于內部通風較差，溫度仍然較高。

4橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題

盡管橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個正在逐漸被學術界和工程界廣泛接受并應用的新課題，但在目前的實際工程應用實踐中，尚存在一些比較普遍的問題：

（1）缺乏統(tǒng)一標準， 系統(tǒng)規(guī)模差異性較大；（2）傳感器選型與布設合理性有待商榷；（3）健康監(jiān)測系統(tǒng)本身的使用壽命難以得到保證；（4）環(huán)境影響及測量噪聲難以完全消除，降低了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性；（5）有些大橋的健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取了海量數(shù)據(jù)，分析人員缺乏足夠的橋梁知識，造成數(shù)據(jù)災難；（6）橋梁健康狀況評價體系不完備；（7）理論與實踐及相關系統(tǒng)的有機結合需要加強。

5 工程照片（見圖2）

參考文獻

[1]同濟大學橋梁工程系.蘇通大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)初步設計研究[R].研究報告，上海同濟大學.