大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术探索

时间：2024-07-28

郭骞

（辽宁省交通规划设计院公路养护技术研发中心，辽宁沈阳 110111)

前言：我国目前拥有几十万座桥梁，并且桥梁的数目每年都在增长，但是，随着桥梁的大量使用，桥梁的结构会随着时间的推移而老化，而且桥梁每年受到的损伤的不断积累，在桥梁上行走的车辆的逐渐增多，车辆的载重也在不断的增大，这些状况都在加速桥梁结构的老化，同时，很少会有施工单位对桥梁结构进行养护和维修，使得现在的桥梁的结构已经越来越不能够满足国家规定的质量，桥梁结构的安全问题已经逐渐引起了人们的广泛关注，并逐渐成为当前最受交通管理部门重视的问题之一，大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术的发明能够让人们更好的了解桥梁的受损伤和老化的情况，从而加大对桥梁结构的养护和维修力度，保证桥梁的质量。

1、建立桥梁健康监测系统的重要意义

结构的健康监测是指利用现场的无损传感技术，通过对包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到监测结构损伤或退化的目的。对桥梁结构进行健康监测能够让人们更好的了解桥梁结构中各个部分的受损伤和老化的情况，从而更好的对桥梁结构进行维修。人们在很久以前就认识到了对桥梁结构进行安全监测的重要性，但是，当时的科技发展水平不足以满足对桥梁结构进行健康监测的目的，仅有的监测方法也比较落后，使用的效果也不是很理想，随着科学技术的进步，研究人员一直没有放弃对桥梁健康监测系统的研究，特别是在现在，人们为了获得更方便的交通环境，修建的桥梁工程都是大跨度的工程，每天在桥梁上行走的车辆数以万计，如果不能够保证桥梁结构的质量就会导致非常严重的事故，因此，建立桥梁健康监测系统具有非常重要意义。首先，建立桥梁健康监测系统可以合理地进行交通管理，保证生命与财产的安全，比如说可以在大风天气桥面振动过大时关闭大桥，减少对桥梁结构的损伤。其次，建立桥梁健康监测系统能够实现实时或准实时的损伤监测，对实桥结构任何时候出现的损伤进行定性、定位和定量分析以防患于未然，起到预警预报的作用。而且建立桥梁健康监测系统能够对监测出来的损伤进行原因分析，并提供维修建议，还能够在新建的结构完工后使用前进行安全验收测试，保证桥梁结构的质量。当发生突发事件，如强烈地震、意外大风或其他严重事故之后能够对桥梁结构进行剩余寿命评估。最后，监测所得的数据和分析结论对于桥梁结构的设计和建造者来说都是十分宝贵的资料，这些监测资料可以提高人们对大型复杂结构的认识，使得人们更好的完善大型桥梁的结构[1]。

2、大型桥梁结构智能健康监测系统集成方案分析

2.1桥梁结构智能健康监测系统及其功能分析

桥梁健康监测系统包括智能传感器子系统，数据采集与处理及传输子系统，损伤识别与模型修正和安全评定子系统，数据管理子系统。其中传感器子系统为硬件系统，功能为感知桥梁结构的荷载和效应信息，并以电、光、声、热等物理量形式输出，该子系统是健康监测系统最前端和最基础的子系统。在对大型桥梁结构进行健康监测时，需要先使用智能传感器子系统对所需要监测的桥梁结构进行扫描，智能传感器子系统就会将桥梁的各种信息输出来，方便监测人员更加方便的了解桥梁结构的具体信息，既能够省时省力，又能够避免因为监测人员对桥梁信息的不了解而做出错误的判断[2]。

损伤识别、模型修正和安全评定子系统是由损伤识别软件、模型修正软件和结构安全评定软件组成。在损伤识别、模型修正和安全评定子系统的运用中，首先起到作用的就是损伤识别软件，损伤识别软件会对桥梁结构的整体进行扫描，以确定桥梁结构的各个部分是否存在损伤，一旦发现桥梁结构中存在损伤或者老化的情况，模型修正软件就会对如何维修桥梁结构的损伤的方案进行评估，并找到最适合该桥梁结构的维修方案，之后，安全评定软件就会对当前的桥梁结构的安全水平进行评定，如果只是轻微的损伤和老化，那么就只是简单的提醒监测人员，而如果桥梁结构的损伤和老化非常的严重，就会对监测人员发出警告，提醒人们迅速的对桥梁进行维修。同时损伤识别和模型修正以及安全评定的结果将能够自动存入数据管理子系统中，并针对不同的桥梁建立不同的档案，以便人们能够很好的查询该桥梁的监测的历史，以及容易出现损伤和老化的原因及位置，从而更好的解决问题。

2.2健康监测系统集成方案分析

桥梁健康监测系统由多个子系统组成，每个子系统承担着不同的功能，由不同的硬件和软件实现。健康监测系统的集成是指将系统内不同功能的子系统在物理上、逻辑上、功能上连接在一起，以实现信息综合和资源共享，提高系统维护和管理的自动化水平及协调运行能力。由于健康监测系统的集成主要是通过软件系统实现健康监测系统软硬件的接口，因此，系统集成的问题即具体为在某一通用软件平台上的各功能软硬件之间的接口和调用问题，这一通用软件平台称为系统集成的“核心软件”。在智能健康监测系统中最重要的子系统就是数据管理子系统，因为数据管理子系统中存储了所有的桥梁结构的监测结果，并将这些结构统一存储到了数据库中，同时，数据库需要自动将这些监测结果进行分类，并合理完善的对其进行管理，方便桥梁维护的管理者更好的了解桥梁的具体的受损伤的情况，从而做出最适合桥梁的维修方案。此外，数据库内的资料还是很好的建筑研究资料，桥梁建筑设计人员可以通过对数据库内的数据进行研究，找到桥梁结构出现损伤和老化的大部分原因以及在桥梁设计与施工中存在的不足的地方，从而在以后的桥梁设计中避免这些问题，保证桥梁结构的质量。

2.3软件集成技术

软件集成主要包括两个方面的内容，一是指各子系统软件之间的接口、调用及合理的触发机制，二是指各软件同数据库之间的接口、通讯。目前大型桥梁结构健康监测系统集成技术已经逐渐从网络化向智能化转变，更加方便操作，网络化的软件集成技术还需要操作人员通过使用计算机来操纵系统对桥梁结构进行监测，而智能化的软件集成技术却可以不需要操作人员下指令就能够自动的对桥梁结构的质量进行监测，并将监测结果反馈给桥梁结构的管理者，更加方便对桥梁进行随时随地的监测。