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橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施的生命線節(jié)點(diǎn)工程，隨著我國橋梁建設(shè)的深入，如何在運(yùn)營期通過有效的管理和養(yǎng)護(hù)工作，有效保障橋梁的服役安全和使用性能，是21世紀(jì)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(jìn)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(yùn)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(zhǔn)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(yùn)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(dá)到如下三個目的：
1.設(shè)計(jì)驗(yàn)證：通過健康監(jiān)測所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動靜力響應(yīng)驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算理論與結(jié)果；
2.支持養(yǎng)護(hù)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(shí)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(jì)等多方面因素，得到合理的養(yǎng)護(hù)決策；
3.研究發(fā)展：通過健康監(jiān)測所獲得的實(shí)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(jī)，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(shí)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(shí)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(shí)測值與理論值間的關(guān)系，對結(jié)構(gòu)的損傷情況進(jìn)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(jì)、加速度計(jì)、水平儀、溫度計(jì)、風(fēng)速風(fēng)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(jì)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(jìn)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(jìn)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。
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