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桥梁健康监测

桥梁健康监测

作为交通系统的组成部分，桥梁在人类文明的发展和演化中起到

了重要作用。随着现代科技的发展以及运输需求的不断增长，大型桥

梁（如跨海大桥、大跨度桥梁等）越来越多的出现在人们的视野中，

这些桥梁造价动辄几亿甚至几十亿元，在交通、军事和社会生活等方

面有着重要的战略意义。

然而，桥梁在建造和使用过程中，由于受到环境、有害物质的侵

蚀，车辆、风、地震、疲劳、人为因素等作用，以及材料自身性能的

不断退化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度

的损伤和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修轻则影响行车

安全和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌。据统计，

如今在美国近60万座桥梁中性能不足和有功能缺陷的占28.6%。美国

每年桥梁投资90%用于更新维修旧桥，只有10%用于新建桥梁。

我国现有公路桥5000余座，总长130万公里，1/3以上的桥梁都

存在结构性缺陷、不同程度的损伤和功能性失效的隐患。近年来，我

国陆续出现了多次重大桥梁事故。这些发生的事故与很多因素有关，

但是缺乏有效的监测措施和必要的维修、养护措施是重要的原因之一。

这些触目惊心的事故使得人们对现代桥梁的质量和寿命也逐渐关注起

来。对桥梁结构进行质量检测和健康监测，已成为国内外学术界、工

程界研究的热点。

传统的桥梁检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，

缺乏科学系统的方法，往往对桥梁特别是大型桥梁的状况缺乏全面的

把握和了解，信息得不到及时反馈。如果对桥梁的病害估计不足，就

很可能失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，缩短桥梁的服务

寿命。如果对桥梁的病害估计高，便会造成不必要的资金浪费，使得

桥梁的承载能力不能充分发挥。

桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，

为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警

信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。然而，桥梁结

构健康监测不仅是为了结构状态监控和评估，其信息反馈于结构设计

的更深远的意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等可能得到改

进。再有就是桥梁健康监测带来的不仅仅是监测系统和对某特定桥梁

设计的反思，还可能并应该成为桥梁研究的“现场实验室”。桥梁健

康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契

机。由运营中的桥梁结构与其环境所获得的信息不仅是理论研究和实

验室调查的补充，还可以提供有关结构行为和环境规律的最真实是信

息。因此，桥梁健康监测不只是传统桥梁检测加结构评估新技术，而

且被赋予了结构监控与评估、设计验证和研究与发展三方面的意义。

近年来，通信网络、信号处理、人工智能等技术的不断发展加速

了桥梁监测系统的实用化进程。业界纷纷着手研究和开发各种灵活、

高效、廉价、并且不影响桥梁结构正常使用的长期实施监测方法或技

术。桥梁健康监测系统的部署和应用不单单具有重要的现实意义，还

具有重要的研究价值，在推动和发展智能化、数字化和信息化桥梁工

程中起到了积极的作用。

随着交通运输事业的发展，大型桥梁的交通流量与日俱增，其中

重车及超载车辆占了很大比例。面对日益增长的交通压力以及桥梁在

交通网络中的重要地位，原来的仅靠人工手段检测已无法满足桥梁养

护的要求，难以有效的防范突发事件的发生，主要表现在：（1）定时

检测，间隔时间长，缺乏连续监测资

料，而且监测数据不是动态监测数据，不能随时反映出桥梁在极

端受力状态和恶劣环境下的运营状况，起不到预防和与报道作用；（2）

高程测量由人工完成，受读数误差、视角、天气、温度等因素的影响，

测量精度不高；（3）每次检测都需做好充分的准备，从安排加载车辆，

调试试验仪器，搭设脚手架，安装和拆除传感器，到组织人员封闭交

通，每个环节都不能疏漏，需耗费大量的人力、物力和财力，花费较

长时间。桥梁的安全、耐久性问题已经引起了运营管理部门的高度重

视，为了确保桥梁安全运营、延长桥梁使用寿命，桥梁上安装监控监

测系统具有非常重要的意义。

桥梁健康监测的要求与内求与内容

桥梁变形监测

恒载作用下主梁轴线的位置是桥梁整体安全状态的重要标志，活

载作用下主梁的挠度既是桥梁整体刚度的重要标志，也能反映作用于

桥梁上的荷载情况，通过对桥梁变形的监测可以从整体上把握桥梁的

健康状态。

桥梁动力特征及振动水平的监测

桥梁动力特征包括桥