桥梁结构健康监测技术标准现状分析与思考.pdfVIP

桥梁结构健康监测技术标准现状分析与

思考

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，桥梁工程建设越来越多。桥

梁在交通网络中发挥着重要角色。由于桥梁的数量大，工作效率低的人工检测方

法不能满足这类桥梁健康监测的需要。目前，桥梁结构健康监测系统主要应用在

重要的大型桥梁上。在外界自然环境和车辆荷载的共同作用下，桥梁在长期的服

役过程中健康状况不容乐观，因此有必要针对这类桥梁进行健康监测系统设计与

研究，满足国家战略部署和社会经济发展的需要。本文首先分析监测技术标准系

统组成，其次探讨桥梁的健康状况，最后就监测技术标准关键要点进行研究，以

供参考。

关键词：桥梁；监测系统；标准；体系架构；效用；

引言

桥梁结构健康监测是结构工作期间，在环境激励下，通过传感器系统对结构

的响应进行实时采集，再利用数据传输系统输送动力响应信号至中央处理器进行

存储和数据处理分析，提取对结构损伤比较敏感的特征信息，进而运用各种损伤

诊断技术，评估桥梁结构目前的健康状况，分析其剩余寿命。由此可见，结构动

力响应是结构健康监测的基础和依据。

1监测技术标准系统组成

不同标准对监测系统组成规定不尽相同：个别监测系统组成部分为3个子系

统，个别为5个或者6个，但一般是4个——传感器子系统、数据采集与传输子

系统，数据存储、管理子系统和应用子系统，对应监测信息流转方向，与感知层、

传输层、数据层、应用层的系统架构对应。前三项子系统为不同标准的共性组成

内容，而对于应用子系统，各标准对其内容描述差异较大，如数据预警与结构评

估，结构状态识别和健康评估，结构状态参数与损伤识别，结构性能评估与预测，

结构安全评价，数据分析及处理、在线预警及评估、在线监测反演模拟等一项或

多项。按照监测目的和应用深度，应用子系统可分为结构异常状态预警、结构损

伤识别、结构安全评估与预测三个层次。这与桥梁实际运营状况紧密相关，异常

状态预警贯穿运营全过程，结构损伤识别可指某阶段或某特殊事件发生后的辨识

与鉴定，安全评估是损伤明确后对桥梁服役性能状态的评定。行标分为系统硬件、

系统软件和配套工程三部分。子系统和软硬件划分方式没有本质区别，只是从不

同维度考虑。

2桥梁的健康状况

交通事业建设的迫切需求促使我国在桥梁设计和建造方面的技术得到极大的

提高。目前，我国已成为世界上桥梁数量第一的国家，与此同时，我国桥梁数量

以较高的增长率继续增加，桥梁始终占据最大比例。桥梁在长期的服役过程中受

到外界因素（自然环境、交通负荷等）和桥梁结构自身因素（结构老化、结构腐

蚀等）的综合影响，既增加了桥梁的健康状况出现问题的可能性，又降低了桥面

车辆行驶的安全性，还缩短了桥梁的使用年限。桥梁在长期的服役过程中的健康

状况不容乐观。由于桥梁设计、施工质量和养护条件等因素的限制，桥梁出现了

一系列的病害，例如铰缝破坏、铺装层开裂、支座变形与开裂、混凝土开裂和单

板受力，这些桥的典型病害降低了车辆在桥面行驶的安全性，使的病害研究成为

一种热点。

3监测技术标准关键要点

3.1数据采集与传输子系统

数据采集与传输子系统主要负责现场监测传感器的数字信号处理及网络传输。

基于该公路桥梁监测涉及内容及传感器的测点布设方案，将数据采集方式归为动

态信号数据采集、数字/模拟信号数据采集、振弦信号采集、视频监测信号采集

四类。

3.2融合健康监测与检测的评估方法

基于外观检测能较为准确地评估出桥梁综合技术状况水平，并用健康监测数

据的长期变化趋势来“修正”外观检测，将两者有效结合起来，能够得出更全面

更准确的桥梁状况水平。主要有以下几种方法：（1）健康监测数据和外观检测

数据的融合一般分2种，第一种可以赋予各自不同的权重，综合得出桥梁综合状

况水平。但这种方法现在还不成熟，权重的选取、层次的划分还需大量研究；第

二种方法是以传统外观检测为主，以健康监测数据为辅，在外观检测得出的桥梁

技术状况水平的基础上，充分考虑健康监测所体现出的病害。例如传统外观检测

中，斜拉索系统外观完好，但是健康监测系统显示某些斜拉索索力异常。此时需

考虑斜拉索内部钢丝是否出现严重锈蚀等情况，并酌情考虑开舱检测。（2）对

于已经建设健康监测系统的桥梁，应根据监测数据及其他数据对结构损伤状况进

行识别，在此基础上修正计算分析模型，使之能够更加真实地反映结构的实际受

力状况。同时，在对桥梁进行技术状况评估时应参考监测数据，使得桥梁构件评