橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施的生命線節(jié)點工程,隨著我國橋梁建設(shè)的深入,如何在運營期通過有效的管理和養(yǎng)護工作,有效保障橋梁的服役安全和使用性能,是21世紀橋梁的重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的橋梁評估,是通過簡單的人工手段進行橋梁檢測和監(jiān)測,隨著信息和傳感技術(shù)的發(fā)展,橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生,該技術(shù)能夠?qū)崟r測取橋梁的服役狀態(tài),從而為準確評估橋梁性能提供數(shù)據(jù)與技術(shù)基礎(chǔ)。重大橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)是改善橋梁運營狀態(tài)、確保橋梁服務(wù)水平的根本措施。
一、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的及功能
橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測加結(jié)構(gòu)評估技術(shù),而是被賦予了新的意義。
一般來說,橋梁健康監(jiān)測需要達到如下三個目的:
1.設(shè)計驗證:通過健康監(jiān)測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力響應(yīng)驗證設(shè)計計算理論與結(jié)果;
2.支持養(yǎng)護管理決策:結(jié)合結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估和損傷識別理論對健康監(jiān)測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力響應(yīng)做出技術(shù)判斷,并考慮工程經(jīng)濟等多方面因素,得到合理的養(yǎng)護決策;
3.研究發(fā)展:通過健康監(jiān)測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力響應(yīng)還可為橋梁工程中的未知問題的研究提供契機,如力學(xué)理論、環(huán)境荷載的建模和控制與評估技術(shù)等。
為了實現(xiàn)上述監(jiān)測目的,健康監(jiān)測系統(tǒng)需要具備如下功能:及時監(jiān)測,自動實時監(jiān)測環(huán)境條件和橋梁響應(yīng)并直觀顯示結(jié)果;自動預(yù)警,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下反應(yīng)的實測值與理論值間的關(guān)系,對結(jié)構(gòu)的損傷情況進行識別和技術(shù)狀態(tài)評估,并對結(jié)構(gòu)異常緊急預(yù)警;長期連續(xù)監(jiān)測,記錄結(jié)構(gòu)狀態(tài)及長期變化趨勢。
二、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成與監(jiān)測內(nèi)容
一般情況下,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)包含如圖1中的四個子系統(tǒng),并通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系工作,這四個子系統(tǒng)分別是:
1.傳感器系統(tǒng):包括位移計、加速度計、水平儀、溫度計、風速風向儀、車軸車速儀、信息放大處理器及連接介面等;
2.信息收集系統(tǒng):包含信號采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?/span>
3.信息處理和分析系統(tǒng):包括專業(yè)分析軟件、高性能計算設(shè)備等;
4.勸評估控制系統(tǒng):針對監(jiān)測采集結(jié)果,結(jié)合橋梁專家意見,對監(jiān)測結(jié)果進行橋梁狀態(tài)的評估,并給出有關(guān)建議。以東海大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)為例,其具備傳感器系統(tǒng),數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),在線評估系統(tǒng),離線評估系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)。
在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)下,主要對橋梁結(jié)構(gòu)如下狀態(tài)進行監(jiān)測:正常環(huán)境與交通荷載作用下的結(jié)構(gòu)物理與力學(xué)狀態(tài);橋梁附屬結(jié)構(gòu)和設(shè)施如支座、伸縮縫等的工作狀態(tài);結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性;橋梁所處環(huán)境條件等。因而,橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要的監(jiān)測內(nèi)容是:氣象環(huán)境如溫度、濕度等;結(jié)構(gòu)位移如主梁和索塔位移;構(gòu)件應(yīng)力和內(nèi)力如鋼梁應(yīng)變、索力等;伸縮縫位移、支座變形、墩臺沉降等;結(jié)構(gòu)動力和構(gòu)件疲勞等。
如需了解更多有關(guān)橋梁健康監(jiān)測,可以聯(lián)系中國橋梁檢測中心。中國橋梁檢測中心是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的檢測、鑒定認證機構(gòu),專業(yè)從事橋梁安全檢測、橋梁動靜載試驗、橋梁健康監(jiān)測、橋梁索力檢測和隧道檢測評估。