桥梁健康监测系统研究解析

当前的经济发展交流模式，促进了交通工程事业的全面发展。桥梁工程作为交通工程的重要组成部分，成为联系各方经济发展的主要纽带，因此现代化的经济发展建设就要求桥梁工程建设在质量上得到全面保证。在国内，由于质量控制滞后于桥梁的建设速度，致使桥梁工程安全事故逐年增加。而桥梁结构健康监测系统能通过传感器识别技术主动、全面、实时地监测桥梁结构的工作状态，确保桥梁结构的安全运营，被社会各界广泛推行。

（一）研究桥梁结构健康监测系统的重要性

1.保证桥梁工程的正常运行

桥梁在建设与运营过程中需要投入较多的人力、物力、财力资源，旨在保证各方地区的交通流畅，经济发展高效稳定。桥梁结构健康监测系统能够针对桥梁工程的内部结构的变形、沉降以及内力等方面进行智能实时地监控，对桥梁工程质量进行有效控制；在建设阶段可以结合桥梁结构的施工方法、施工手段和施工设备等实际状况进行分析判断，从而确保桥梁施工安全；在运营阶段可以结合人工巡检，对桥梁的质量状况进行评定，并及时提出养护维护建议，从而确保桥梁结构运营安全。因此实施桥梁结构健康监测可以为桥梁工程寿命安全提供切实的保障。

2.有利于智能化交通的发展与推广

所谓的桥梁结构健康监测系统就是集智能传感元件、信号自动化采集元件、有线或者无线通信元件和数据实时处理、结构损伤识别、健康诊断与可靠性预测以及远程通信和数据管理等处理软件于一体的智能化监测体系，也是现代化土木工程建设发展和高新技术理论发展的象征和标志，该监测系统在桥梁工程的监测、维修与养护过程中，能够起到重要作用，对保证桥梁工程的安全运行具有重要的实际意义。桥梁工程是现代化城市发展建设重要组成部分，必须要保证其结构安全才能保障过往行人和车辆具有安全的交通环境。桥梁结构的健康监测系统能够针对桥梁在其关键构件的内力大小、变形情况、病害特征等参数进行全面的智能化监控量测，为桥梁及时养护、按需养护提供技术支持，保证其使用寿命。因此，桥梁结构的健康监测系统在保证桥梁的安全稳定运行和带动一方经济发展中具有重要价值，在一定程度上促进了结构健康监测与检测技术的更新进步，对推广智能化交通具有积极意义。

3.完善对桥梁结构状态检测的方式

桥梁结构的检测工作通常是为了了解旧桥技术状况或是针对新建桥梁工程的验收，检测工作时间较短而且是一次性的。而桥梁的健康监测是综合了较为现代化的科学技术和检测设备，能够长期地监控桥梁运营过程中的结构性能，因此桥梁工程的健康监测相比较于传统的检测更具实用性和数据的可继承性。

桥梁工程的建设除了要考虑前期的施工成本还要综合考虑建成后的运营维护和管理投入，所以桥梁工程结构一定要拥有较高的施工质量，才能减少日常的维护费用。在建立成套的健康监测系统之后，在长期的营运过程中，桥梁结构的变形或者局部损伤的信息会通过相对应的监测项目显示出来，使保养人员能够将安全隐患全面地排除，保证桥梁的有效运行，这也是结构健康监测系统设立的最终目的。

（二）桥梁结构健康监测系统主要监测内容

1.对工作环境的监控

对桥梁工程工作环境的监控，主要包括对桥址区风速、风向、环境温度和地震响应等进行综合监测。其中，对风向和风速的检测，主要的目的是针对大跨径桥梁或高墩桥梁，为了获得桥梁在不同位置的风向和风速，从而针对不同的风速做出不同的振动响应；对环境的监测则主要是为桥梁结构耐久性的使用提供评价依据；地震响应分析则是对桥梁工程所能够承受的振动进行分析，从而对震后的结构健康状态做出分析和评估。(www.xing528.com)

2.对工作状态的监控

对桥梁工程结构状态的监测，主要是针对结构受力、变形等指标进行监控。如在不同的风向下，桥梁结构可能会发生一定的偏向，从而导致结构的几何形体变形，并出现一定的偏移；或是针对桥梁在使用状态下的受力性能监测，在重车、密集车辆荷载作用之下，桥梁结构受到瞬时的大荷载，结构会产生挠度或受力突然增大等现象。因此，对该指标的检测也是对桥梁工程质量的很好监控。

3.对局部结构的监测

该部分主要包括其中的构件的检测，其中包括因为混凝土的收缩而引起的相关应力重分布，局部的结构损伤而带来的应力的变化。而耐久性的监测则主要包括对桥梁工程中的相关钢筋的腐蚀情况等进行监测。附属的监控则主要对结构中的其他附属的建筑结构进行监控。

（三）目前桥梁结构健康监测技术主要研究内容

1.新型传感器及数据采集设备的研究

当前常用的桥梁结构健康监测系统中采集传感器大多是机电类型，对于静态参数的采集效果尚可，而动态参数的采集不是很理想。对于复杂的桥梁结构，一天内将有大批数据进入数据库，如何确定这些数据中的有效信息则是采集系统的核心任务。为了改进数据采集的效率，就必须提高传感器的采集精度，保证采集数据成活率。特别是针对动态信号的采集，引进新型压电材料的应用理论与技术是今后发展的方向。

2.无线传输技术的研究

传统的桥梁结构健康监测系统所采集到的数据一般是通过有线传输的方式传递到数据分析中心，这种模式在数据传输稳定性上有一定的优势。但采用有线传输的模式需进行大量的布线工作，布线难、维护成本高等特点也导致健康监测系统难以在桥梁工程中广泛采用。因此，基于无线传输技术的结构健康监测技术成为当前研究的热点方向。桥梁无线监测系统可以掌握结构的实时状态，为桥梁监测提供了一种新颖、可靠的监测方法，也为桥梁健康监测提供了有效途径。该系统既适用于施工监测，又适用于长期监测；安装、使用、维护相当方便，并且仪器可长期使用，不需要布线，监测费用低，传输距离长，这给桥梁的安全使用提供了技术保障。目前，着眼于开发一种适合中国国情的、能够普遍推广、高效率、高精度、性能稳定可靠、适应性强和操作简便的桥梁无线监测设备系统是当前重点的研究内容。

3.结构损伤识别理论的研究

桥梁结构损伤识别就是通过实际测量反映结构特性的数据，对桥梁结构是否有损伤、损伤位置、损伤程度等做出准确合理的判断。损伤识别的结果可以为结构局部损伤探测提供大致的位置，也可以在损伤超过规范值时提出预警。总体来说，结构损伤识别是智能化健康监测系统的核心技术。目前，国内外针对结构损伤识别理论已开展了大量的理论研究，例如小波分析法、奇异谱互熵或是遗传分析法等。针对采集到的数据信息，采用不同的损伤识别理论得到的结果有一定的差异，因此，找到与实际情况最为符合的损伤识别理论是当前结构健康监测技术研究的主要内容之一。