桥梁结构健康监测技术研究现状与发展趋势技术研究.ppt

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1、报告的内容1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状3.今后的发展趋势今后的发展趋势4.工程应用实例工程应用实例5.结束语结束语1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义 何谓健康监测？何谓健康监测？1.1问题提出问题提出 u 桥梁结构正朝向大跨度、轻柔化、复杂化和多桥梁结构正朝向大跨度、轻柔化、复杂化和多功能的方向发展；功能的方向发展；u 荷载向高速重载方向发展；荷载向高速重载方向发展；u 在使用过程中，受到车辆荷载、风载、冲击振在使用过程中，受到车辆荷载、风载、冲击振动等复合载荷作用，其力学行为复杂，再加上动等复合载荷作用，其

2、力学行为复杂，再加上环境气候的氧化、腐蚀、材料老化等因素的影环境气候的氧化、腐蚀、材料老化等因素的影响，将使桥梁的结构健康状态逐渐发生变化。响，将使桥梁的结构健康状态逐渐发生变化。1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义1.1问题提出问题提出u目前我国桥梁的状况：目前我国桥梁的状况：我国现在已建桥梁我国现在已建桥梁100100余万座，但是由于主客余万座，但是由于主客观原因，桥梁垮塌事件屡有发生，造成人民生命观原因，桥梁垮塌事件屡有发生，造成人民生命和国家财产的重大损失（如綦江大桥整体垮塌，和国家财产的重大损失（如綦江大桥整体垮塌，造成造成4040人死亡；仅以广东省为例，全省有人死亡

3、；仅以广东省为例，全省有4 4万万余座余座桥梁，桥梁，4 4千千余座有不同程度损伤，余座有不同程度损伤，370370座列为危座列为危桥）。发达国家的桥梁建设期早，问题更为严重。桥）。发达国家的桥梁建设期早，问题更为严重。u桥梁垮塌频发，例如：桥梁垮塌频发，例如：美国塔科马大桥垮塌的情景美国塔科马大桥垮塌的情景加拿大魁北克大桥整体垮塌加拿大魁北克大桥整体垮塌（19000吨钢材和吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有名建桥工人落入水中，只有11人生还人生还）帕劳共和国预应力混凝土连续刚构垮塌前后帕劳共和国预应力混凝土连续刚构垮塌前后重庆綦江彩虹桥整体垮塌重庆綦江彩虹桥整体垮塌 宜宾金沙江南门大桥垮塌

4、后的情景宜宾金沙江南门大桥垮塌后的情景 辽宁盘锦田庄台大桥垮塌辽宁盘锦田庄台大桥垮塌Mississippi Rive Bridge在建沱江大桥坍塌在建沱江大桥坍塌(36人死亡）人死亡）1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义1.1问题提出问题提出 由此可见，由此可见，大型桥梁结构的运营安全大型桥梁结构的运营安全是各国政府亟待解决的重大问题。是各国政府亟待解决的重大问题。如何及时发现桥梁结构在运营过程中如何及时发现桥梁结构在运营过程中存在的安全隐患，保证结构的运营安全，存在的安全隐患，保证结构的运营安全，这是当前国际学术界和工程界面临的重大这是当前国际学术界和工程界面临的重大技术难题

5、。技术难题。1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义1.1问题提出问题提出u传统测试手段的局限性：传统测试手段的局限性：对大型桥梁进行长期监测测试内容多、测点对大型桥梁进行长期监测测试内容多、测点分布广、外部干扰大、野外运行环境恶劣，而分布广、外部干扰大、野外运行环境恶劣，而传传统的仪器设备和测试方法统的仪器设备和测试方法只能用于短期或临时人只能用于短期或临时人工检测，工检测，无法直接用于长期健康监测，不能直接无法直接用于长期健康监测，不能直接预报桥梁结构的健康状态。预报桥梁结构的健康状态。u保证桥梁结构安全运营的有效办法，就是保证桥梁结构安全运营的有效办法，就是要要建立建立桥梁结

6、构长期健康监测系统。桥梁结构长期健康监测系统。1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义1.2 健康监测的目的健康监测的目的u获取桥梁结构的工作环境信息，实时了解包获取桥梁结构的工作环境信息，实时了解包括环境温度、风荷载和车辆荷载的变化；括环境温度、风荷载和车辆荷载的变化；u获取桥梁结构的响应特征信息，实时掌握桥获取桥梁结构的响应特征信息，实时掌握桥梁结构的工作状况和健康状况（包括结构的梁结构的工作状况和健康状况（包括结构的整体性能和关键部位的局部损伤情况）。整体性能和关键部位的局部损伤情况）。1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义1.3 健康监测的意义健康监测的意义u

7、为评价大桥承受动、静载的能力和结构的可靠性为评价大桥承受动、静载的能力和结构的可靠性（即评价桥梁结构的健康状态）提供实测数据；（即评价桥梁结构的健康状态）提供实测数据；u为验证大桥设计理论与方法，修改桥梁设计规范为验证大桥设计理论与方法，修改桥梁设计规范提供科学依据；提供科学依据；u为实现对桥梁结构的科学管理、养护、维修及运为实现对桥梁结构的科学管理、养护、维修及运营决策，确保运营安全提供依据。营决策，确保运营安全提供依据。1.桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测的目的和意义桥梁健康监测系统环境监测结构性能监测环境温度、温差、风荷载交通荷载、地震荷载船撞荷载静动态响应监测变形、应力、振动结构特

8、性分析养护、维修、管理决策实施荷载及结构响应是否异常模态特性疲劳特性健康状态评估结构是否损伤超限报警现场检查常规检查详细检查特殊检查是否局部开裂、屈曲、腐蚀、退化大桥养护、维修、管理决策示意图大桥养护、维修、管理决策示意图2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状2.1 桥梁健康监测系统的构成桥梁健康监测系统的构成u传感器系统传感器系统（包括温度、应变、位移、振动、挠（包括温度、应变、位移、振动、挠 度、风速等各类传感器）度、风速等各类传感器）u数据采集与传输系统数据采集与传输系统（包括信号调理仪、数（包括信号调理仪、数 据采集仪及通信网络等）据采集仪及通信网络等）u数据处理与控制系统数据处

9、理与控制系统（包括数据处理、采集包括数据处理、采集 控制、数据库管理与查询等）控制、数据库管理与查询等）u健康状态评估系统健康状态评估系统（包括损伤识别、健康状（包括损伤识别、健康状 态评估及管理决策建议等）态评估及管理决策建议等）2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状2.2 桥梁健康监测技术研究内容桥梁健康监测技术研究内容 桥梁健康监测技术综合了桥梁健康监测技术综合了现代传感技术、网现代传感技术、网络通信技术、计算机技术、信号分析与处理技术、络通信技术、计算机技术、信号分析与处理技术、数据采集与控制技术、数据库管理技术、数据挖数据采集与控制技术、数据库管理技术、数据挖掘技术、预测技术、

10、结构分析理论、结构损伤识掘技术、预测技术、结构分析理论、结构损伤识别与状态评估理论及管理决策理论等别与状态评估理论及管理决策理论等多学科领域多学科领域的知识，是一门新兴的交叉学科。的知识，是一门新兴的交叉学科。近年来，随着相关学科的发展，桥梁健康监近年来，随着相关学科的发展，桥梁健康监测技术已成为国内外工程界和学术界研究的热点。测技术已成为国内外工程界和学术界研究的热点。2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状2.2 桥梁健康监测技术研究内容桥梁健康监测技术研究内容 研究内容主要包括：研究内容主要包括：u新型传感器及数采设备的研制与开发；新型传感器及数采设备的研制与开发；u数据无线传输技术

11、研究；数据无线传输技术研究；u信号分析、处理及数据挖掘技术研究；信号分析、处理及数据挖掘技术研究；u传感器的优化布设研究；传感器的优化布设研究；u结构损伤识别理论研究；结构损伤识别理论研究；u桥梁健康状态评估技术研究桥梁健康状态评估技术研究u桥梁网络化运营管理及养修决策技术研究。桥梁网络化运营管理及养修决策技术研究。2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状2.3 理论研究状况理论研究状况 涌现了大量的研究论文，研究内容包括：智能传感器、多功能采集仪、传感器的优化布置、信号无线传输技术、结构损伤识别方法、健康状态评估及桥梁生命周期管理养护等。举办了许多以结构健康监测为主题的国际会议，比如：l

12、 国际健康监测研讨会（International Workshop on Structural Health Monitoring)；l 欧洲健康监测研讨会（European Workshop on Structural Health Monitoring)；l 新型结构健康监测研讨会（International Workshop on Structural Health Monitoring of Innovative Structure)；l 智能结构与健康监测会议（International Conference on Structural Health Monitoring and I

13、ntelligent Infrastructure)。2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状2.3 理论研究状况理论研究状况 另外，其它会议也有桥梁健康监测技术专题，如：l 国际模态会议（International Modal Analysis Conference)；l 欧洲智能结构与材料会议（European Conference on Smart Structures&Materials)；l 国际结构控制会议（World Conference on Structural Control).国内也举办过多次有关的会议。2.目前国内外的研究现状目前国内外的研究现状2.4 工程应用情况

14、日日本本明明石石海海峡峡大大桥桥日本南备赞濑户大桥（公铁两用）日本南备赞濑户大桥（公铁两用）丹麦大贝尔特桥丹麦大贝尔特桥香港汲水门桥香港汲水门桥香港汀九桥香港汀九桥世界最大跨度的公铁两用桥世界最大跨度的公铁两用桥香港青马大桥香港青马大桥江阴长江大桥江阴长江大桥南京长江大桥南京长江大桥 芜湖长江大桥芜湖长江大桥 郑州黄河大桥郑州黄河大桥 山东滨州黄河大桥山东滨州黄河大桥重庆大佛寺长江大桥重庆大佛寺长江大桥润扬大桥润扬大桥杭州钱塘江四桥杭州钱塘江四桥苏通大桥（斜拉桥主孔跨度苏通大桥（斜拉桥主孔跨度1088米米）香港昂船洲大桥（主跨香港昂船洲大桥（主跨10181018米米 ）将要建立的桥梁健康监测系

15、统：武汉长江大桥武汉长江大桥 九江长江大桥九江长江大桥 南京大胜关长江大桥（世界第一座南京大胜关长江大桥（世界第一座6线桥）线桥）武汉天兴洲长江大桥（武汉天兴洲长江大桥（主跨主跨504m四线公铁两用桥）四线公铁两用桥）河北省宣大高速公路海尔洼大桥（跨径河北省宣大高速公路海尔洼大桥（跨径138m）京张高速公路官厅湖桥（京张高速公路官厅湖桥（651011065m）3.今后的发展趋势3.1 目前桥梁健康监测系统存在的问题目前桥梁健康监测系统存在的问题监测系统设计缺乏统一的标准和规范；监测系统设计缺乏统一的标准和规范；传感器选型及优化布设的合理性有待商榷；传感器选型及优化布设的合理性有待商榷；监测系统

16、本身软硬件的耐久性、长期稳定性难以保证；监测系统本身软硬件的耐久性、长期稳定性难以保证；环境影响和测量噪声难以消除；环境影响和测量噪声难以消除；测量数据的不完备性，给数据分析带来困难；测量数据的不完备性，给数据分析带来困难；海量监测数据的处理困难，容易淹没真实有用的信息；海量监测数据的处理困难，容易淹没真实有用的信息；结构损伤识别方法还处在理论研究和实验室应用阶段；结构损伤识别方法还处在理论研究和实验室应用阶段；结构健康状态评价理论尚不完善；结构健康状态评价理论尚不完善；相关子系统的有机结合和协调统一有待加强。相关子系统的有机结合和协调统一有待加强。3.今后的发展趋势3.2 主要发展趋势主要发展趋势逐步建立和完善统一的桥梁健康监测系统设计标准和逐步建立和完善统一的桥梁健康监测系统设计标准和规范；规范；研制开发适合野外长期监测的硬件设备和软件系统，研制开发适合野外长期监测的硬件设备和软件系统，保证监测系统本身性能长期稳定、可靠，寿命长；保证监测系统本身性能长期稳定、可靠，寿命长；进一步完善桥梁监测信号处理技术和方法，提高监测进一步完善桥梁监测信号处理技术和方法，提高监测数据的可靠性；数据