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桥梁安全运营监测与评估实例简介
刘恒 桥梁室主任 山东省建筑科学研究院
目录
内容简介··········································· 1
一、 桥梁结构健康监测的发展 ··································2
二、 桥梁结构健康监测的作用、研究和应用现状·························· 2
2.1结构健康监测概念及意义··································· 2
2.2结构健康监测研究与应用现状 ·································3
2.2.1、从系统规模来看 ·····································3
2.2.2、从传感方式来看 ·····································3
2.2.3从数据处理技术来看 ····································3
2.2.4、从结构健康状况评估来看································· 3
三、桥梁结构健康监测系统组成 ································· 4
四、结构状态评估 ······································· 4
五、基于动挠度桥梁安全运营监测与评估····························· 5
5.1基于动挠度数据的桥梁状况评估······························· 6
5.1.1、温度：········································ 6
5.1.2、挠度：········································ 6
内容简介
一、 桥梁结构健康监测的发展
我国自20世纪90年代中期开始桥梁健康监测方向的研究，并在包括江阴长江公路大桥、南京长江第二大桥、润扬长江公路大桥、郑州黄河大桥、等众多大跨径桥梁上建立了不同规模的结构健康监测系统。
统计了我国安装结构健康监测的部分特大型桥梁126座，从地域上看，主要集中在江苏、湖北、重庆和广东。
按数量排名，山东省排在第13位，但山东省桥梁总数位列全国第3位（2015年统计数据），可以说山东省在桥梁健康监测方面有很大的发展空间。
从桥型来看，其中斜拉桥66座、悬索桥21座、拱桥（包括系杆拱桥）16座、梁桥（包括刚构桥）23座。索结构桥梁共87座，占统计总数的69%。但从我国桥梁倒塌失效事故统计来看，索结构桥梁只占10%，占事故总数90%的混凝土梁桥和拱桥的健康监测投入相对欠缺。
二、 桥梁结构健康监测的作用、研究和应用现状
2.1结构健康监测概念及意义
结构健康监测（SHM）指利用现场的传感设备获取相关数据，通过对包括外部环境、荷载、结构响应在内的结构系统特性分析，达到监测、检测结构损伤或退化的目的。
桥梁监测系统相当于为桥梁增加了一套神经系统。通过在桥梁布设各种类型的传感器，这些传感器就像神经末梢，感知各种信息，并通过有线或无线传输网络传回后方计算机，再通过分析来得到结论。
传统上，桥梁结构健康状况评估是通过人工目视检查或借助便携式仪器测量得到的信息进行的，但人工检查方法在实际应用中有很大的局限性，美国联邦公路局的调查表明：由人工目测检查做出的评估结果有56%是不恰当的。
结构健康监测系统的应用可以弥补传统检查方式的不足，其对预测结构的性能变化和剩余寿命，做出维护决定，对提高工程结构的运营效率，保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。
2.2结构健康监测研究与应用现状
桥梁的健康监测是一个新的多学科综合的研究领域。涉及现代传感、网络通讯、信号处理与分析、数据管理方法、计算机视觉、知识挖掘、预测技术、结构分析理论和决策理论等多个领域的知识。因此，其设计、施工、维护与数据分析难度很大。
综合国内外已建的桥梁健康监测系统，目前存在的问题主要包括以下几个方面：
2.2.1、从系统规模来看
有些规模过于庞大，系统自身的可靠性无法保证，有些监测系统则相反，系统过于精简，以至于无法对结构的健康状态做出科学的评估。
2.2.2、从传感方式来看
传统传感方式存在诸多不足，一方面，传统点式传感器不足以以可接受价格覆盖损伤区域，另一方面，传感器的耐久性、稳定性等问题仍比较突出。
2.2.3从数据处理技术来看
现代传感技术、通信技术和计算机技术，使得现场物理量的采集、传输和储存变得越来越容易，但是面对采集到的海量数据（包括成百上千传感器的长期在线监测系统得到的高维、海量、含有大量噪声和不确定因素的原始数据），却大大超越了人们的接受能力------结构工程领域传统的数据处理过程和理解方式，已经不能适应在线状态监测系统的数据获取能力。
2.2.4、从结构健康状况评估来看
可以说桥梁健康监测评估方法是当前桥梁健康监测系统最为缺乏的内容。国内外健康监测领域对桥梁评估方法进行了大量的研究，但主要集中在理论层面或实验室简化模型层面，缺少足够的工程实际损伤发现案例作为支撑，这一方面是所监测桥梁状况较新，损伤不明显，但也与现有的桥梁状况评估技术不成熟有直接关系。
三、桥梁结构健康监测系统组成
四、结构状态评估
结构状态评估是指基于某种状态评估理论，对构件以及结构整体的施工、运营等工作状态进行评估，以确定结构的安全性、耐久性。其包含了结构安全性和耐久性两方面的含义。
层次分析法是目前较为成熟的分析方法，它通过确定同一层次中各评估指标的初始权重，从而将定性因素定量化，在一定程度上减少主观的影响，使评价更趋于科学化。
五、基于动挠度桥梁安全运营监测与评估
桥梁挠度从时间的角度来考虑，可分为静态和动态两种。静态挠度主要观测的是桥梁在自重作用下的垂直变形，动态挠度则主要观测桥梁在汽车荷载下桥梁产生的垂直变形。相对于挠度静态测量，动态测量更为棘手，目前常用的动态挠度测量方式主要有GPS法、激光投射法、光电成像法等非接触式测量方法，接触式测量方法有封闭式静力水准仪、拉钢丝安装的挠度仪法等。
5.1基于动挠度数据的桥梁状况评估
张北路乌河桥建设年代久远，设计荷载等级较低，在长期的运营过程中该桥技术状况逐年下降，在目前车辆荷载作用下该桥存在一定的安全隐患。
为此，依据该桥目前的病害情况及交通荷载状况，确定监测了监测内容：
5.1.1、温度：
包括环境温度和梁体温度，共2测点
5.1.2、挠度：
跨中截面竖向挠度，共6测点
该方法的主要理论基础仍然是基于桥梁多层次评估模型，将桥梁状况评估分为检测评估和监测评估两个层次。
其中检测评估包括：外观检测评估、结构检测评估及特殊检测评估三个方面；
监测评估应包括：环境与荷载评估、桥梁构件损伤趋势评估、桥梁整体性能评估三个方面。
在不发生自然灾害（地震、洪水等）条件下，桥梁的寿命周期，主要是由车辆荷载引起桥梁疲劳损伤直至破坏的过程，桥梁结构耐久性的降低或者失效，只是加速了这个过程的发展。因此，我们将车辆荷载（重载车辆）及其对应的结构瞬时响应作为监测重点，再此基础上进行结构损伤趋势评估。
基于动挠度数据的损伤趋势评估，指在对挠度数据进行车辆荷载效应数据分离的基础上，对其进行趋势分析，从而评估主梁技术状况的发展趋势，并综合考其他监测因素，比如虑裂缝的发展趋势（需确认主要裂缝和次要裂缝）。
张北路乌河桥状态评估综合判定结果：在监测期内（一年），该桥超载现象严重，处于超负荷运营状态；中幅桥梁体抗弯刚度衰减趋势明显，负弯矩区及横梁均出现结构性损伤，并持续发展。监测评估结果与现场病害调查结果相吻合。
引用：52监测网-首页-行业资讯-专家报告--第22期 桥梁安全运营监测与评估实例简介
发表日期：2019-3-13
http://www.52jiance.cn/article-478-1.html
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