橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的意義和實(shí)現(xiàn)功能

作者：鈞測檢測　發(fā)布日期：　瀏覽次數(shù)：

隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，橋梁越來越多，同時既有的許多橋梁亦逐漸進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段，有關(guān)專家認(rèn)為橋梁使用超過25年以上則進(jìn)入老化期，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國橋梁總數(shù)的40%已經(jīng)屬于此范疇，均屬“老齡”橋梁。而且隨著時間的推移，其數(shù)量還在不斷增長，橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護(hù)已日益重視。為了適應(yīng)公路運(yùn)輸載重量不斷發(fā)展的要求，充分利用現(xiàn)有的公路橋梁，使之能繼續(xù)安全地為公路運(yùn)輸服務(wù)，根據(jù)交通部頒布的《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，必須對橋梁進(jìn)行鑒定。

隨著各地如火如荼地發(fā)展橋梁，接踵而來的橋梁施工事故也頻頻敲響了安全生產(chǎn)的警鐘。

屢屢發(fā)生的橋梁施工事故讓人觸目驚心，原因可能不盡相同，地質(zhì)、勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等過程，每個方面的疏忽都可能釀成安全事故，但有一點(diǎn)是可以肯定的，事故折射出的是安全施工監(jiān)測技術(shù)和手段的不足，以及施工安全管理和監(jiān)管力度的欠缺。橋梁施工中的高技術(shù)含量和高風(fēng)險性無不需要強(qiáng)烈的安全意識、周密的安全管理和嚴(yán)格的安全監(jiān)管來實(shí)現(xiàn)，橋梁工程很大程度上就是一項(xiàng)考驗(yàn)安全管理的工程。而坍塌等事故頻發(fā)，不僅僅是技術(shù)上的失誤，也是安全意識的坍塌。

為了隨時了解橋梁施工狀態(tài)，對突發(fā)事故進(jìn)行提前預(yù)警，維護(hù)橋梁施工的安全和社會穩(wěn)定，讓類似于杭州橋梁塌方這樣的悲劇不會再次上演，對橋梁施工安全監(jiān)測已經(jīng)刻不容緩!橋梁監(jiān)測系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子、信息、通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對橋梁監(jiān)測指標(biāo)的實(shí)時采集、實(shí)時傳輸、實(shí)時預(yù)警。亦可用于非長期或人工形式的監(jiān)測檢測中。

橋梁監(jiān)測方法要根據(jù)環(huán)境和橋型因地制宜，但大致有如下共性。

1.監(jiān)測范圍

(1)敏感部位監(jiān)測。一般只在橋梁內(nèi)力、應(yīng)變、位移變化和裂紋產(chǎn)生對橋梁影響至關(guān)重要的(敏感)部位進(jìn)行監(jiān)測。得到這些部位的參數(shù)后，就可以對橋梁的總體狀況有了基本的判斷。這種監(jiān)測方法可用在中小跨度、體系單一的橋梁中，而且大多采用間歇式人工監(jiān)測，有條件的可配備小型檢測設(shè)備。

(2)總體監(jiān)測。特大橋梁構(gòu)造復(fù)雜，難以做地毯式人工監(jiān)測。鑒于特大橋梁的重要性，需要適時地得到橋梁正常工作的總體狀況(例如，平面擺動的幅度、撓度的變化、纖細(xì)桿件內(nèi)力的變化、自振頻率降低的程度、振型的變化，如果可能的話測量敏感構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變等橋梁工作參數(shù))。通過對可能取得的橋梁工作參數(shù)，采用不同的方法進(jìn)行*識別'找到橋梁異常的一個或幾個可能部位，再由配備檢測設(shè)備的專業(yè)人員到可能異常部位檢測。

2.監(jiān)測方式

(1)人工監(jiān)測。配備簡單的儀器，用人工做地毯式監(jiān)測，用模糊分級描述橋梁狀況，一般可作為定期監(jiān)測、突發(fā)性事件后的特別監(jiān)測。這種方法費(fèi)時、費(fèi)力，可靠性差。但是，它能夠?yàn)楣芾韺犹峁┹爡^(qū)內(nèi)大批橋梁的宏觀印象，以制定橋梁管理的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對策，是一種不可忽視的管理手段，目前各國的橋梁管理系統(tǒng)絕大多數(shù)都是基于這種模式。

(2)自動監(jiān)測。①用固定在橋梁上的專用設(shè)備，適時地監(jiān)測橋梁的工作參數(shù)。②由專用設(shè)備和軟件對工作參數(shù)進(jìn)行識別加工，得到能反映橋梁工作狀態(tài)的狀態(tài)信息。③再用特定的方法分析這些狀態(tài)信息并與橋梁的健康檔案相比較，給出橋梁的健康狀況或損傷狀況。一般適用于特大的或重要的橋梁在線監(jiān)測。這種方法自動化程度高，是當(dāng)前研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向；但是，難度大，目前使用尚少。它的三個步驟一個比一個工作難度(不是理論難度)高，本篇后面兩章介紹了第三步的一些基本方法；但是，要達(dá)到實(shí)用水平尚需要在實(shí)橋上完善工作模式。

(3)聯(lián)合監(jiān)測。考慮到前兩種方法的實(shí)際情況，用各種小型的自動化程度較高的儀器，配合人工監(jiān)測。是一個比較可行的方案。各個國家對小型探測儀的研制比較關(guān)注，不斷有新型儀器進(jìn)入市場。

3.監(jiān)測的適時性

(1)加載監(jiān)測。一般是為了特殊需要，例如，竣工驗(yàn)收、特殊情況鑒定等才進(jìn)行的監(jiān)測。加載監(jiān)測需要在橋梁上組織、排列規(guī)定的汽車荷載或其它靜荷載、沖擊荷載，并按一定程序加載。加載監(jiān)測可以得到橋梁加荷后位移、變形、應(yīng)變等幾何和力學(xué)參數(shù)，直接與設(shè)計(jì)計(jì)算相比較。它是以加載前為零狀態(tài)，得到的是本次加載變化量；一般不是包含以前加載(或作用)歷史，更不是包含恒載的絕對量。

(2)運(yùn)營監(jiān)測，或在線監(jiān)測。這是為了長期、不間斷地觀測橋梁的工作狀態(tài)，在橋梁適當(dāng)部位設(shè)置固定傳感器，適時地判斷橋梁的安全程度。既可以連續(xù)地讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以間歇地讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)。不需要施加人為荷載，而是觀測自然環(huán)境(包括交通流)對橋梁的影響，很少直接與設(shè)計(jì)計(jì)算相比較。

4.監(jiān)測的狀態(tài)

(1)靜態(tài)。監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)幾何和力學(xué)參數(shù)，用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。靜態(tài)監(jiān)測比較困難，一般都是加載檢測。但是，靜態(tài)參數(shù)比較直觀地反映了橋梁的工作狀態(tài)。

(2)動態(tài)。監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的動態(tài)幾何和力學(xué)參數(shù)，用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。動態(tài)監(jiān)測相對于靜態(tài)監(jiān)測來說比較方便，適于運(yùn)營監(jiān)測。但是，動態(tài)參數(shù)不很直觀，需要加工以后才能使用；或者說動態(tài)參數(shù)與結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)相關(guān)關(guān)系研究尚少，

美國公路總署1995年用誘發(fā)地震測定橋梁下部結(jié)構(gòu)的特性曲線，用該曲線作為橋梁樁基的基準(zhǔn)狀況，為今后評估的起點(diǎn)?，F(xiàn)已利用該技術(shù)評估了約10萬座橋梁的沖刷受損情況。5.常規(guī)監(jiān)測的工作參數(shù)

(1)位移。包括絕對位移和相對位移，靜位移和動位移。

(2)變形。例如，靜動撓度、靜動應(yīng)變等。

(3)力。例如，索的張拉力。

(4)動力參數(shù)。例如，速度、加速度，可轉(zhuǎn)換成頻率、振型，再轉(zhuǎn)換成張力、位移。

(5)外觀和完整率。例如，氣蝕、磨損、裂縫、剝落。

(6)物理化學(xué)現(xiàn)象。例如，混凝土堿集料反應(yīng)、混凝土中性化(碳化、酸雨、氯蝕)、鋼材銹蝕。(7)環(huán)境。例如，風(fēng)速(向)、空氣(或橋體)溫度、地震、交通量(和荷載)。