[分享]浅谈桥梁结构检测系统理论研究的思考与实践

发表于2018-12-26    379人浏览    1人跟帖    总热度:204  


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近百年来,我国的桥梁建设事业取得了很大的成就.自从1949新中国成立以后,我国修建了众多特大、大、中、小型的桥梁,城市高架桥以及立交桥也如雨 后春笋般大量建成。最近二十年我国经济更进入了飞速发展时期,地区间的联系不断加强.交通事业发展速度迅猛.随着桥梁建设的不断发展,桥梁结构的形式与功能日趋复杂,人们对现代桥梁的质量和寿命越来越重视。经过长期使用,桥梁结构难免会发生各种各样的损伤,于是桥梁结构的检测、安全监测以及评估就成为桥梁结构安全养护、正常使用的保证措施之一。

1 桥梁健康监测技术现状

   虽然在桥梁建设方面我国取得了傲人的成绩,但是在管养维护方面我国还处 于较弱的地位。在过去很长一段时间,我国重建设轻管养。部分养护单位处于被 动养护的状态,头痛医头脚痛医脚,达不到预防性养护的要求。但随着桥梁结构 各种各样的问题日益突出,桥梁管养与结构监测的概念深入人心。经多年发展,现阶段我国桥梁养护管理制度己形成初步体系。交通运输部先后颁发了《公路桥涵养护规范》(JTG_H11-2004)、《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGTH21-2011)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)用以规范各项养护评定工 作。同时,颁布了《公路桥梁养护管理工作制度》的通知(交公路发〔2007〕336 号)、《交通运输部关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》(交公路发 〔2013〕321号)两项管理文件,其内容对桥梁养护工作作出较为详细的规定。相关资料表明,“十二五”期间,我国大型桥梁管养规范化水平不断提高。

      不可否认地是,从己建成桥梁结构监测系统来看,不足有二:由于缺乏设计理论的指导,相当数量的己建系统没有得到事先周全、良好的设计;建成后,并不能实现承诺的监测目的,监测效果不佳,不能发挥其应有的作用,基本上可归 于盲目建设的工程之类。其具体不足表现在如下方面:

     (1)缺少需求分析环节。一些监测系统并没有根据监测对象的结构特点、行为规律、环境作用、荷载规律、桥址所在地区工程或行业的管养习惯和管养制度出发设计监测内容、监测方案,监测系统的针对性不强。  

     (2)目标设定不妥当或缺失;一些监测系统将目标设定过高,追求理论上都有难度的损伤识别、寿命预测、失效预警等目标,而没有具体的实施途径,导 致目标空洞化、不具体化、难于实现。另一个极端,则将监测系统的目标设置与 结构检测混同,认为监测就是获取结构荷载下的效应,是病害检测,是荷载和作 用的测量,越俎代庖,不仅不经济,而且低效;

     (3)采用的监测技术与监测目的相脱节。选择的传感技术不是根据监测对象的需求来设计和选择的,精度、分辨率、量程,数据采集制度等都是自说自话, 导致不能很好地服务于监测目的。

     (4)缺乏对监测数据分析利用能力。由于缺乏对监测对象的结构特点和行为规律的了解,监测数据的处理分析多停留在数据的数学处理层面,没有与监测 对象的物理、力学系统的运行机制相结合,因此对数据的解释、利用水平很低, 不能最终实现承诺的目标,如对结构的状态识别、评估预警等目标。

造成上述四个方面的主要原因在于,系统的设计者过分聚焦在监测的形式和 手段,而忽略了对其的工程结构本质的探究。某种意义上讲,工程结构监测的瓶 颈仍然停留在结构本身,而不是外在的形式和实现的手段。

2 基本理论思考与研究

  桥梁健康监测系统概念设计的应以解决系统建设的必要性、主要工作方向和 基本技术路线问题为主要目标。在提到结构监测系统概念设计之前,我们有必要 先对监测模式这个基本概念进行介绍。

2.1监测模式

     一个完整的监测体系可以分为以下几个模块:(1)对监测目标进行分析; (2)根据检测目标的特点和需求确定监测指标;(3)确定监测方案,包括检测 内容、测点布置、参数选择和采集制度等;(4)建立指标识别算法,即建立指 标与实测数据之间的数学模型;(5)建立状态识别与趋势跟踪算法,即建立指 标与健康状态及其发展趋势的数学模型。

2.2结构监测系统概念设计

基于监测模式概念的结构监测系统的设计步骤可分为三步,分别为概念设 计、技术方案设计及实施方案设计。在概念设计阶段,首先需要对监测目标的监测需求和损伤与性能演变机理进行分析,据此建立针对性的监测指标体系。接着,在技术方案设计阶段,需要针对监测指标进行监测模式的设计,包括监测方案、指标识别方案、指标评估预警与诊断等。最后,对上一步建立的多种监测模式进 行融合和优化,集成为一套完整的监测系统方案。

3 路网级桥梁群的云监测和诊断系统

3.1背景分析

      至2016年底,我国公路桥梁己达80.32万座,交通基础设施从建设阶段逐 步进入养护阶段。其中中小桥梁占大多数,分布分散,其建设水平与监测条件都 较为欠缺,因此值得关注。然而,中小桥梁的结构通常较为简单,可预测性强,且结构刚度大,对传感器敏感,对于监测较为有利,且中小桥梁投入成本与维护 成本低廉,故有必要性进行监测。但是同时由于中小桥的成本较低,故相应的监 测投入也有限,需针对其特点进行具体设计。

3.2云监测技术

     云计算是当代信息技术发展的主要趋势,互联网的计算架构也由“服务器+ 客户端”向“云服务平台+客户端”演变。基于云计算技术与云服务理念,建立 一个桥梁结构云监测平台,可以有效解决桥梁施工监控和健康监测中碰到的以上 几个问题,主要有以下优势:

  ⑴解决了传统桥梁结构监测统一管理、系统整合的问题,使管理者无需关心监控中心软硬件开发与购置、系统运维等成本投入和数据传输与处理等深层次 的技术问题,即可享受专家级云端监测服务,投资性价比高;

  ⑵云监测终端实现可插拔式操作,大大减少现场工作量,使监测作业方便快捷,更具灵活性;

   ⑶解决了传统系统中对数据量大、并发突变等情况难以应变的问题,提高了系统的运行效率和稳定性;

    ⑷能够真正做到跨终端、集群式随时随地实时监测,为管理者进行现场监测和管理提供了极大便利,降低了桥梁现场发生事故的几率。

当然要建立云监测系统首先需要适宜的传感监测技术。监测指标的识别需要以实测参数为基础,因此高精度的传感监测技术是整个监测系统的基础。常用的 传感技术包括高精度的动应变和动位移检测技术、高精度的加速度传感器和风压 传感器技术等。在高精度传感器的基础上,还需建立高效的参数测量方案,以得 到高质量的测量数据。

     其次,由于监测目标的数量大,会生成数量巨大的实测数据,因此需要借助 云技术来进行处理,包括数据采集及云数据收集节点技术、云监测网络和云平台软件技术等,来实现监测数据的自动实时采集、识别、评估等。在参数识别的过 程中,基于云平台的特点,还需要建立相应的在线处理算法。

4 结论

     近几年桥梁建设规模与工期都超乎以前,桥梁健康监测系统健康监测的工作量随之变大,相应的也带来了技术和理论的不断发展。未来桥梁结构健康监测发 展具有三大趋势:传统监测技术和理论方法的深化与完善;在可持续结构设计中 充当重要角色;借助新的信息技术(物联网、云计算、大数据)发挥更广泛的作 用。相信随着科技的不断发展,桥梁健康监测将迎来辉煌的未来!


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 发表于2018-12-26   |  只看该作者      

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