现代桥梁健康安全监测系统++(2)

四、健康监测系统实施现状

随着现代传感技术、计算机与通讯技术、信号分析与处理技术及结构振动分析理论的迅速发展，大型桥梁结构健康监测与状态评估近年来已成为国内外工程界和学术界关注的热点。桥梁结构健康监测与安全评价系统总的目标是通过测量反映大桥环境激励和结构响应状态的某些信息，实时监测大桥的工作性能和评价大桥的工作条件，以保证大桥的安全运营及为大桥的养护维修提供科学依据。与传统的桥梁监测方法(包括众多的无损检测技术)不同，桥梁结构健康监测与安全评价系统重在诊断可能发生结构损伤或灾难的条件和环境因素，评估结构性能退化的征兆和趋势，以便及时采取养护维修措施。而传统的检测方法重在损伤发生后检查损伤的存在并采取维修加固的手段，因此，桥梁结构健康监测与安全评价系统的概念具有革命性的变革。

通过对传感器的革新和自动远程监控技术的更新换代，桥梁结构健康监测与安全评价系统正向简单易装、经济可行、持久可靠的方向发展，并已在世界许多大桥得到应用。表1列出了世界上安装监测系统的部分桥梁，其中阳逻长江大桥、北京清河桥以及南宁大桥为我院承接，表2、表3为传感器装备情况，表4为健康监测系统投资情况。

表1 安装健康监测系统的部分桥梁

桥梁名称 昂船洲桥 西部通道 汀九桥 汲水门桥 南京二桥 徐浦大桥 Skarsundet Rama IX Jindo New Haeng Ju 柜石岛桥 结构类型 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 跨度（米） 1018 210 127+448+475+127 160+430+160 628 590 240+530+240 166+450+166 70+344+70 160+120+100 700 位置 中国香港 中国香港 中国香港 中国香港 中国 中国 挪威 泰国 韩国 韩国 日本 - 5 -

桥梁名称 多多罗桥 Normandie桥 大佛寺桥 南京三桥 杭州湾跨海桥 芜湖桥 清河桥 润扬桥 江阴桥 虎门桥 阳逻桥 青马桥 明石桥 南备赞濑户桥 Great Belt桥 Namhae桥 Yeongjing桥 菜园坝 钱江四桥 卢浦桥 南宁桥 Commodore Barry桥 HAM 42-0992 石板坡桥 Taylor桥 结构类型 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥 斜拉桥/悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 悬索桥 钢箱系杆拱 钢管拱桥 全钢拱桥 蝴蝶拱桥 钢桁架桥 连续梁 连续刚构 简支梁 跨度（米） 890 856 198+450+198 257+648+257 448 180+312+180 108+66+36 406/1490 1388 888 1280 455+1375+300 960+1991+960 274+1100+274 535+1624+535 128+404+128 505 102+420+88 2?190+7?89 550 300 501 17+24+17 330 5?33 位置 日本 法国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国香港 日本 日本 丹麦 韩国 韩国 中国 中国 中国 中国 美国 美国 中国 加拿大

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表2 国内部分桥梁健康监测系统传感器

桥 传感器 风速仪 温度计 振动 传感器 位移计 应变计 振弦式应变仪 光纤传感器 磁感应传感器 水平仪 车轴车速仪 GPS EM测力 倾角仪 全站仪 电子测距 摄像仪 腐蚀 气压昂 船 洲 桥 24 488 60 西 青 部 马 通 大 道 桥 7 118 66 6 115 17 汲 水 门 桥 2 224 6 汀 九 大 桥 7 83 45 虎 门 大 桥 26 江 阴 大 桥 8 钱 江 四 桥 2 40 12 南京三桥 4 32 30 苏 通 大 桥 8 137 28 润 扬 大 桥 2 64 173 阳 逻 大 桥 93 56 4 320 140 4 156 8 2 110 2 30 2 128 24 64 18 40 8 12 20 √ √ 132 38 8 760 12 96 7 12 42 2 2 9 6 5 6 6 √ 2 √ 10 10 16 2 14+2 √ 6 √ 7 √

7+1 14 24 1/16 36 12+2 5 8 6 22 12 √ √ 5 - 7 -

162 24 2 3

计 湿度计 雨量计 2 2 3 3 6 6

表3 国外部分桥梁健康监测系统传感器

桥名传感器 风速仪 温度计 加速度计 位移计 焊接式 应变仪 振弦式 应变仪 光纤传感器 车轴车速仪 GPS 速度计 倾角仪 摄像仪 明石 大桥 9 10 7 8 3 12 南备赞濑户桥 4 27 6 柜石 岛桥 4 23 6 Great Belt √ √ √ √ √ √ HAM 42-0992 2 18+4 10 2+1 Commodore Barry桥 4 201+1 16 17 56 148 √ 2 36 4 Taylor 大桥 20 26 65

表4 部分桥梁健康监测系统投资

桥名 青马大桥 汀九桥 汲水门桥 江阴桥 南京三桥 阳逻大桥 菜园坝大桥 清河大桥 南宁大桥 鄂东桥

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桥型 悬索桥 斜拉桥 斜拉桥 悬索桥 斜拉桥 悬索桥 钢箱系杆拱 斜拉桥 蝴蝶拱桥 斜拉桥 跨度(米) 455+1375+300 127+448+475+127 160+430+160 1388 257+648+257 1280 102+420+88 108+66+36 300 926 时间 系统投资 1997 2000万英镑 1999 2004 2006 2007 2007 2008 2008 2800万人民币 1130万人民币 1001万人民币 880万人民币 255万人民币 420万人民币 1300万人民币

五、健康监测系统应用效果与存在问题

从桥梁健康监测系统实践应用效果来看，建立健康监测系统的大桥，基本上能够实时获得桥梁结构应力、变形以及变位等参数，用以实时评估桥梁实际工作状态和预测桥梁功能变化，给管理部门及时作出合理维修策略提供重要依据。有的监测系统准确记录了大桥经历船撞击等突发情况下的响应，并判断出大桥是否因此而损坏，使管理部门作出了准确而及时的决策反应。

桥梁健康监测系统是一个正在逐渐被学术界和工程界广泛接受并应用的新课题，在目前的实际工程应用实践中，尚存在一些比较普遍的问题：

（i） 缺乏统一标准， 系统规模差异性较大，有的系统安装了上千个传感器，有的系统则仅安装了几十个传感器；

（ii）传感器选型与布设合理性有待商榷。部分传感器精度或耐久性不够，有的测点布置不合理，由于有些桥梁健康监测系统并不是由桥梁专业人员设计，或者这些设计者缺乏丰富的桥梁检测与评估经验，使得其测点的布设不甚合理，导致目前桥梁监测系统测点布置规模差异性较大，造成投资浪费或关键数据缺失； （iii）健康监测系统本身的使用寿命难以得到保证，传感器寿命和传输线路长期使用是否畅通是影响到监测系统使用寿命的关键；

（iv）环境影响及测量噪声难以完全消除，降低了监测数据的可靠性。测量数据的不完整性，给分析带来困难；

（v）有些大桥的健康监测系统获取了海量数据，但是未有效及时的处理，分析人员缺乏足够的桥梁知识，造成数据灾难；

（vi）桥梁健康状况评价体系不完备。有些桥梁监测系统虽然监测到了大量数据，但是由于评估理论本身不完善及部分桥梁健康监测系统评估模块的建立缺乏有经验的桥梁评估专业人员，使得监测到的有效数据未能有效应用于桥梁状况评估之中；

（vii） 理论与实践及相关系统的有机结合需要加强。健康监测领域涌现了大量的研究论文，但目前有些理论并不能有效应用于工程实践；健康系统由许多子系统组成，如何将这些子系统更有效的结合起来进行评估需要进一步研究。

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