健康监测在桥梁工程中的应用.docx

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1、健康监测在桥梁工程中的应用中国桥梁建设取得的成就作为四大文明古国的一员,中国有着极其悠久和绚丽的文化.在桥梁工程领域,我国在周秦时期.梁索浮三种桥型就已羟基本具备：两汉时期，以栈桥建设为主：陷唐时期.技术11益成熟，达到飞跃:两宋时期,全面开展，大规模进行；元明消时期，口趋Ja盛,清朝中后期技术起先落后,与同期世界水平相比，我国在相当长的历史时间内始终处于世界先进水平.建立了多数的各式桥梁.并有大盘的优秀作品传世至今.始建于公元605-616年的赵州桥，不仅是我国而且也是世界上现存最Y、保存最完整的空腹式石拱析，对世界后代的桥梁建筑有着特别深远的影响。它横跨于赵县汶河之上，是一座大拱两端胜加分

2、流用小拱的散向单孔孤形石桥,由28道石拱券纵向并列砌筑而成,其建筑结构之奇妙,自古有“奇巧固护，甲于天下”的关称，1991年,赵州桥被关国土木工程师学会选定为世界第十：处“国际土木工程历史古迹二有者“世上无桥长此桥”美誉的安平桥建于800多年前的南宋时期.全长两千多米.不仅是我国最长的石梁桥,也是世界上最长的石梁桥,另外还有位列中国三大古代名桥之首卢沟桥：在世界造桥史上开创性采纳位型加础及种蛎固矩的洛阳桥（又称万安桥）：跨径达到103米的泸定桥；作为中国乃至世界上联早的一座开关活动式大有桥的广济桥等等.时值近代钱城江大桥.武汉长江大桥,南京长江大桥吹响我国向现代化桥梁大国进军的号角.据不完全统

3、计,核止2009年底.我国已建成马路、铁路、公帙两用桥梁总数已达60余万座，仅在长江、黄M上就有250余座。其中，长江及其支流沱沱河、通天河、金沙江上有近130座,黄河上有120余座“在已建成的斜拉桥、悬索桥、拱桥.梁桥中,分别位居世界同类型桥梁湾径排行榜的十名之列的有24座，占60%.M1.=斜拉桥6座，苏通长江大桥（主跨1088m钢箱）、香港昂船洲大桥（主跨1018m分别网箱）分别位居第一、其次：悬索桥4座，舟山西堆门大桥（主跨165Om分体式钢箱；为世界甘座）、润扬长江大桥（主检145Wm钢箱）分别位居其次、第四：拱桥8座，更庆朝天门长江大桥（主跨552m连续钢桁系杆拱）、上海卢浦大桥（

4、主脖55Om钢箱提篮系杆拱）分别位居第一、其次：梁桥6座，重庆石板城长江大桥（主跨33C1.m钢一混凝土混合刚构一连续）位居第一。跨海桥梁中的宇波杭州湾大桥总长36出.为琳海桥梁世界之最：东海大桥总长32.5Km：舟山大陆连岛工程总长54.68血：上海长江隧桥程一一南隧北桥.隧道长度8.9Km、桥长10.3Km.为世界迄今为止最大的磁桥结合工程。不管什么形式的桥梁，其基本材料大多可归为石材，木材，混凝土，钢材等类型，而这些材料在耐久性方面均存在不同程度的问叁，须要跟予特殊关注,所以的相我国桥梁隹设商湖的来临，对重要桥梁运营状况进行实时监测显得愈发迫切，加上国际桥梁领域最新发展动态的引导，桥梁健

5、康监测H益成为国内发展的一大热点.桥梁健康监测系统发展简介虽然健康监测是最近一二十年才兴起的一个技术方向,但追寻方史我们发觉结构监测概念古已有之：在中国，古塔上通常安袋有各种各样的性t当,而这些性怡世凝具结构剧烈见动时提示游人微卷的预警功能，另外，中国的蓝溯传感技术也源远流长；汉代的古籍中就有大气温度和风速风向测量的记载.而1969年,1.ifshitz和ROtCm所写的论文则被视为阐述现代结构健康监测理念通过动力响应监测评估结构健康状态的第一篇论文：由此，桥索健康监5在世界范用内蓬勃发展起来.在工程的域：1987年,英国在总长522m的二跨连续刷箱梁桥FUy1.C桥上布设传呼器监测大桥运营防

6、现在车辆与风载作用下主梁的振动、挠发和应变等响应,该系统是最早安装的较为完整的健康监测系统之一,挪威的SkamSUndet料拉桥，丹麦的FarQC跨海斜拉桥和主彩1624的Grea1.BtHEast悬索桥,加拿大的Confedvra1.ion连续刚构桥,日本的明石海峡大桥等大跻桥梁上也相继安装了监刈系统：1997年.杏港的青4大桥、汲水门大桥和汀九大桥等三座大桥上安装了风和结构监测系统.的后，内地的东海大桥、虎11大桥、徐浦大桥、江阴长江大桥等桥梁上也建立了不同规模的结构监控系统。在学术领域：1988年在日本东京实行的第九届世界地震工程会议（9ICEE）.首次在国际范围内探讨土木工程主动限制.

7、1994年.国际结构限制学会（IASC）正式成立.同年召开第一届国际结构限制会议1.st三or1.dConf,onStructura1.Contro1.）.为了应对形势发展的须要，2006年以后,国际结构限制学会（IASC）会议改名为国际结构国制与雅测会议（Wor1.dCbnf.onStructura1.Contro1.andMonitoring）.健康监测主要探讨进展综合桥梁健康监测的发展历史和现状来看，主要有以下技术理时和探讨进展：第一，健援监测系统总体设计。健康监测系统的总体设计原则包括以下几项：1依据桥梁结构易损性分析的结果及养护管理的需求进行监测点的布设：（2）从结构平安性、耐久性、

8、运用性的需求动身对结构诳行监测，采纳实时监测和定期监测相结合的方法，力求用最少的传照器和Ai小的数据吊完成工作：3以结构位移监测为主，以力、应力、模态分析为仍助.监测内容主要是荷载源、系统特性和结构响应.目前对于健康赛测系统的设计史主要的是基于阅历和项目经费的限制来确定传礴器系统得设计,而没仃种确定性标准来进行传感器系统的设计可时时须要通过健康监测系统获得哪些能第时结构的状态评估发挥美键作用的数据还没有明确的方法。其次，传感传输技术。传统传礴测试技术易受干扰、传输等线过长等缺点已不再湎意桥梁址康监测的发展要求,加上现代科技支拽,近年来发展起来了很多新型的传感技术，其中以Jt纤传心、无践传感、G

9、pS技术和InIerneI数据通信技术为主要技术代表。关于传照器优化布置的问题也愈发引起人们的关注，传感器的类型、数量和布置位置对监测效果有新特别大的关系,客观条件中传好器的数量总是有限的,如何招有限的传感器合理布置以发挥其最大的效用是是健康脱测的美法技术之，也是以后大力发展的方向之一。第三，数据融合技术。多传感器数据融合技术以其覆大的时空覆靛实力和对多源不确定性信息的综合处理实力，可以有效地进行结构系统的隘测和诊断.目前已经发展起来的数据融合技术主要有：加权平均、卡尔曼逑波、贝叶斯估估计、统计决策理论、证据埋论、模期推理、神经同络。现有健康监测系统多停留在数据采集和简沽数据分析阶段，同时桥梁

10、健康监测系统会产生大量测试数据，对这些测试数据与信息进行整合与说明.以及对结构其实状态的进行合埋评估仍存在很大困难.笫四，系统与损伤识别理论探讨，目前主要的探讨方法有范于振动的结构损伤识别方法和模型修正方法，结构损伤识别作为结构状态评估的重要组成部分，是近年来健康监测方向的探讨热点之一，出现了如基于结构频率、位移模态、成变模态、曲率模态、成变能、刚咬、柔度、能献法、频响函数等一系列损伤识别方法.而模型修正方法主要是基于运动方程、测试结果和有限元模型构造约束优化问题不断修正结构刚度、顺址和阻尼分布，依式响应尽可能的接近实际响应.结构的模型修正能够为健康赛测供应基准模型,同时也为基于测试结果的反演

11、进行结构损伤识别和性能模拟供应T很好的基础.笫五，结何健康状态评估。结构状态评估方法主要是运用可能获得的反映站构性能的内部信息对结构的施工运营等工作状态进行评估，目前主要有牢推度理论、层次分析法、模糊理论、神经网络以及专家系统等.健康监测系统的结构状态评估须要从结构监测的大量数据中提取健检反映结构特性的特征，以完成对结构实时和定期的评估，而这其中必定会涉及到结构数据的特征提取、数据融合及性能决第等方面，但目前这个方面所作的工作较少。桥梁健康监测实例东海大桥东海大桥工程2002年6月26日正式开工建设,历经35个月的猥苦施工,于2005年5月2511实现结构Vr穿，是我国第一座真正意义上的跨海大

12、矫，东海大桥起始于上海南汇区芦湖港，北与沪芦裔速马路相连，南跨杭州湾北部海赧,巴达浙江竦泗昼小洋山岛，全长约32.5公里.其中陆上段的3.7公里,芦潮港新大堤至大乌龟岛之间的海上段约25.3公里.大乌龟岛至小泮山岛之间的港桥连接段约3.5公里.大桥按双向六车道加紧急停车带的高速q路标准设计,桥宽31.5米,设计车速每小时80公里,设计荷载按集装箱重车密排进行校验，可抗12级台风、七线烈度地熊，设计班准期为100年，东海大桥是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配食工程,为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求供应服务.东海大桥的建成通车,为洋山深水港建成开港和进一步发展,加

13、快上海国际航运中心的建设览定了坚实的基础.东海大桥当时被上海市政府列为“一号工程”.其重要性不言而喻，在进行结构建设的同时，健康监泅系统的布设也提上了日程，2006年10月,东海大桥的监测系统须当布置到位,并于2007年正式投入运用.东海大桥的监测内容主要是环境参数,结构静力和动力响应和结构的耐久性.其中环境参数主要包含风速，地浅，波浪和冲刷等，结构响应主要监测内容包括斜拉桥桥塔的变形，连续梁的挠曲，阻尼器和伸缩健的变形，主梁的损伤,主梁和塔的振动以及斜拉索的应力.结构的耐久性监测包含钢结构的疲惫和混澈土结构的慢性腐蚀.东海大桥上运用的基本赛测手段彳入用FHG传感器测址应力和温度：用GPS监测

14、结构变形：用疲惫传感器测录桥梁主梁的疲惫。全桥一共运用了478个传感器，包括运用在主聆上的169个。数据评价体系分为联网评（占和脱机评估.联网赛测是一种自动监测系统，这一系统不仅可以推断结构的平安性，还可以进而对采集的数据进行分析.自动监测系统还可以自动确定是否须要向管理者预警并马上起先脱机评估。脱机评估系统可以进行一些更加而侬的分析，比如结构静力分析,模态分析,桥梁力学行为和环境因索的校正分析等等.这一系统须要大位的结构分析并由专家进行推断进而对桥梁的状态给出一个全面的评估.桥梁结构的监测数据不仅包含正常运营状态，还包括在极然荷我（比如台风，地徭，爆炸,船撞等）卜的桥梁结构响应。得到大地的监

15、测数据以后，须要对其进行更多的深化分析和整理,首先区分出数据中的哪些部分是由于环境变更引起的结构响应,哪些又是由于结构陂坏产生的等，然后通过图表等形式把数据中皴含的内在规律及变更状况去现出来，再对姑何的整体状况进行评估。引言顶应力混凝土桥梁自出现以来的徒次武大技术发展，都和材料、结构体系和施工工艺等创新亲密联系在一起，它们相互促进不断发展：1. 预战力材料高强、高性能及轻质混凝土技术发展,使混凝土受力性能改善、耐久性提高.浇筑更使利，也使预应力混凝土桥梁结构自电荷我下降，高强、低松弛预应力钢材发展，使预应力混朕士的效率大大提高,也促进了预应力器具和设备发展纤维增加聚合物预应力筋技术发展.使预应

16、力筋兼轻质、高强、耐燃饨、耐疲惫、非微性等优点于一体.一些钢材难以克服的弱点得到消退，将预应力混凝十.桥梁带入了一个崭新的发展领域.预应力材料利用现代传学和通讯等技术的智能化预应力混凝土材料，不间断监视结构的工作状态、生命轨迹，将对预应力混凝土桥梁健康、平安运行供应有利保障.2. 预应力桥梁结构体系部分故应力混凝I：结构，赖有预应力和钢筋混凝十.结构的优点，克服了全预应力混凝土结构的缺点无粘结体内预应力混凝土结构，消退了后张预应力筋管道的压浆，降低了便应力摩阻损失.货应力桥梁结构体系双向段应力、预弯加技力体系是预应力柢急的新发展,它们使结构的高涔比显著然小,满意了一些特殊的运用要求体外预应力混凝上结构.构造简化、补索使利、施工简洁，维护使利、总体经济性优越，逐步成为在经济、施工痂奴和平安性方面必有竞争力的方案。预应力桥梁结构体系钢一混凝土组合式预应力桥梁，利用铜腹、预应力混凝土顶板与底板在受力、构造及施工等方面的优点，成为预应力桥