橋梁健康安全監測綜述

2023年12月12日發(作者：出國讀研)

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橋梁健康安全監測綜述

摘要：論述了橋梁監測的背景與意義。其中主要分析了我國公路橋梁現狀以及橋梁健康監測的重要性。然后介紹了橋梁健康監測與評價體系的概念。論述了一些當前存在的主要的橋梁健康監測技術。其次在橋梁健康監測系統方面，論述了國內外橋梁性健康監測系統的研究。然后從狀況評估方法以及橋梁健康狀況的評估兩方面，論述了橋梁健康狀況的評估系統。最后闡明了橋梁健康監測未來的發展趨勢。

關鍵詞：橋梁；健康監測；健康監測系統；監測技術；評估體系

0引言

橋梁作為生活中溝通不同地域的重要手段，不僅有助于人們生活上出行的便利，也能夠促進當地的經濟的發展。同時橋梁以其不同的構造也能夠給人們帶來美的感受。但是隨著當今的橋梁的不斷發展，如今有很多的已建成的橋梁都存在著很多問題。尤其是經常能夠看見許多橋梁垮塌事件的發生，因此人們對于已建橋梁的管養和維護就顯得應該尤為重視。而監測作為十分重要的一環也受到了人們的廣泛關注。并由此對監測存在以及未知的領域進行了大量的研究。這其中就包括很的的監測技術應運而生。同時也同如今的計算機相結合，研發了橋梁健康檢測系統。對于橋梁的監測起到了很好的輔助作用。是對于橋梁的監測效率得到了極大的提高。是人們對于橋梁中可能存在的問題及時的做出應對。極大的提高了橋梁的壽命周期，為橋梁的養護管理提供了良好的依據。

1橋梁監測的背景與意義

1.1我國公路橋梁現狀

在21世紀，隨著經濟的不斷發展，人們對橋梁交通條件的需求也在增加。截至2019年底，全國共有公路和橋梁87.83萬座，全長6063.46萬米，比上年分別增加2.68萬米和494.86萬米。其中，特大橋5716座，全長10332300米，大橋108344座，全29237500米。人們對橋梁安全和適用性問題的關注也在不斷增加。由于橋梁壽命周期長，規模大，檢查操作難度大，易受天氣和氣候條件的影響，橋梁結構必然會產生各種傷害。但是，僅依靠人力資源做好橋梁健康檢測所消耗的資源太大和有限。

1.2橋梁監測的意義

隨著科學技術的不斷發展，橋梁的健康監測技術也占據了的重要地位。該技術有助于相關的技術維護人員隨時了解橋梁的健康狀況，并做好橋梁的維護工作。以橋梁健康監測系統為基礎，進行日常檢查，判斷橋梁的健康狀況，為維護管理提供了科學依據。

因此，橋梁健康監測和評價體系的出現是非常重要的，對橋梁的應用具有重要意義。它不僅能有效地實時反饋橋的使用情況，而且還能在橋上發生異常情況時及時發出預警信號，并將具體信息提供給相關技術人員，以便在最短的時間內做出響應。它提供了決策計劃，以避免廣泛的質量或安全問題，并節省了大量的人力和物質資源。

2橋梁健康監測與評價體系的概念

橋梁健康監測和評價系統是指實時監測和監測采用一系列科學和技術來確保橋梁能夠保持其安全和適用性的管理措施。它是在橋梁的日常運行中使用各種類型的傳感器。一種先進的系統，可監測其結構狀態，評估和判斷正常使用時的橋梁結構和橋面鋪裝信息，并評估其健康狀況。

從工程項目管理的角度來看，對橋梁結構健康狀況的評估主要決定其是否符合適用性、耐久性、安全性、可靠性、經濟性和協調性。橋梁的健康狀況主要從兩個方面進行評價。一方面，橋面是否改變，造成裂縫等病害，影響橋梁的適用性；另一方面，要考慮橋梁結構是否改變，結構承載力是否下降，影響橋梁的安全。由于傳感器工作的限制，在前者中提到的一些橋面鋪裝疾病不能被傳感器感知到。因此，在傳感器系統工作的同時，也應使用人工日常檢查輔助來豐富數據的可靠性，以獲得更客觀和有效的結果。 3橋梁健康監測技術

為了分析野外實測信號，橋梁健康監測系統需要對初始信號進行降噪處理。信號降噪處理通常采用濾波方法和分解重構方法，其中信號分解重構技術主要應用小波變換法和經驗模態分解法等。模態參數識別是橋梁健康監測中的重要研究領域，包括結構的頻率、振型和阻尼比等參數。多種運營模態分析方法已被提出，包括隨機子空間法、環境激勵法、頻域分解法、峰值拾取法、隨機減量法和時域參數識別法等。有限元模型修正是通過調整設計參數來實現的，主要采用靈敏度矩陣法和響應面法，替代模型技術還能與它們有機結合。

4橋梁健康監測系統

橋梁結構健康監測最初在20世紀50年代由美國提出，但由于當時科學技術的限制，未能取得實質性的成果。直到20世紀80年代末，隨著人工智能技術、計算機技術和傳感技術的發展，歐美國家成功應用了橋梁健康監測系統。

我國近年引入該概念，并取得了快速進展。青馬橋、東莞市橋、江陰長江大橋等都采用了該系統。在技術萌芽到爆發期到低谷期，我國結構健康監測系統的研究經歷了多個階段，但隨著傳感器技術、計算機分析技術、人工智能技術和信息采集與處理的進步，取得了顯著進展。此外，各種健康監測指標和規范也在不斷完善，而一些理論研究專家也相繼提出了相關的研究成果，如基于東營黃河公路大橋的結構健康監測系統和安全預警綜合系統的結構健康監測系統的廈門BRT橋梁等。

5橋梁健康狀況評估系統

對于橋梁的評價和維護，橋梁的安全評價方法是其中之一重要鏈接。安全性評價方法是評價企業的整體安全性性能橋通過計算得到的數據。它不僅可以確定橋梁是否可靠，還可以為橋梁的維護提供科學的維修方案。安全評價的方法也很多樣，各有自己的優缺點和應用范圍。

對橋梁健康狀況的評估是基于橋梁的適用性、結構安全等方面的綜合計算評分，最后得到橋梁的健康狀況及其評分值。評分使用了分析層次結構的過程。該層次分析過程是對影響橋梁正常工作狀態的各種因素進行分層調整，總結對橋梁單元狀態有相似影響的因素，形成一層，建立多層次綜合評價體系。

6未來的研究方向

目前，橋梁健康監測和評價體系仍存在諸多缺陷，部分功能不能滿足橋梁建設的要求。需要進一步改進；為了改進系統，未來可以在以下領域進行進一步的研究。

(1)優化傳感器的布局。由于橋接病信息的多樣化，所需的傳感器的類型和數量也很大，但傳感器的數量也很有限。如何在實現完整的信息監測目的的同時減少傳感器的數量，需要我們進一步思考，即如何優化傳感器的放置，測點的放置是關鍵。

(2)收集有效數據。通過傳感器監測的數據無疑是大量的各種類型。如何從這些信息中準確地識別我們需要的疾病信息，并使用有效的數據來評估橋梁的完整性？這是我們需要進行進一步研究的地方。

參考文獻

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