淺析橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)的控制

摘 要：隨著人們對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)重視程度的加強(qiáng)，建設(shè)科學(xué)高效的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。文章針對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制進(jìn)行了初步探討，對(duì)于提高橋梁安全性具有十分重要的作用。

關(guān)鍵詞：橋梁安全；健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；建設(shè)環(huán)節(jié)

前言

在交通運(yùn)輸體系中，橋梁是一種十分重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)交通事業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用。隨著不斷提高的經(jīng)濟(jì)水平及日益加快的城市化進(jìn)程，跨江、跨河及跨海橋梁都得到前所未有的發(fā)展，在橋梁結(jié)構(gòu)上不僅分為傳統(tǒng)的拱橋、剛架橋等，還有不同結(jié)構(gòu)的組合及特大型橋梁，其健康狀態(tài)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及交通安全都發(fā)揮了十分重要的作用。

1 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

橋梁坍塌等安全事故近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外不斷出現(xiàn)，使橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸成為一個(gè)備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，因此，橋梁健康監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)也逐漸開(kāi)展起來(lái)。在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)控制選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)施及其分布的具體位置，對(duì)信息傳輸手段的監(jiān)測(cè)，選擇橋梁損傷的識(shí)別模型，研發(fā)軟件策略等環(huán)節(jié)，使橋梁健康監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)充分發(fā)揮應(yīng)有的作用。設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)從建設(shè)目的及系統(tǒng)功能方面重點(diǎn)著手，而針對(duì)特定橋梁就是對(duì)其監(jiān)控評(píng)估或驗(yàn)證設(shè)計(jì)。確定了系統(tǒng)的建設(shè)目的，就相應(yīng)確定了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。此外，確定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感與通信設(shè)備及各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目規(guī)模等應(yīng)對(duì)其投資限度進(jìn)行充分考慮。所以在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)分析好系統(tǒng)方案，進(jìn)而才能建設(shè)完成科學(xué)高效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)施及控制好有關(guān)設(shè)備的分布位置

在橋梁設(shè)計(jì)上，不論橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單或復(fù)雜，都存在受環(huán)境及荷載等因素影響而導(dǎo)致一些關(guān)鍵部位發(fā)生形變或損傷，這些環(huán)節(jié)應(yīng)在橋梁健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中加以關(guān)注。橋墩、主梁等在橋梁結(jié)構(gòu)中屬關(guān)鍵部位，也容易受環(huán)境和荷載因素的影響而導(dǎo)致橋梁要害部位產(chǎn)生損傷。復(fù)雜組合型及特大型橋梁主要采用鋼筋、混凝土等材料施工建設(shè)，非常容易受到環(huán)境因素的影響。但對(duì)于橋梁是否需健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行確定的標(biāo)準(zhǔn)并不只是結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、橋梁建設(shè)規(guī)模及建筑材料等，還應(yīng)與其重要性、所處位置及人文環(huán)境等因素相結(jié)合，才能科學(xué)合理地控制好橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中監(jiān)測(cè)設(shè)備選型及部署位置。

2.1 選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備及設(shè)施

應(yīng)按照監(jiān)測(cè)具體要求，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及監(jiān)測(cè)部位選擇橋梁健康監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)于主橋塔、橋墩等監(jiān)測(cè)相對(duì)位移量關(guān)鍵部位應(yīng)選擇雙頻GPS等較高精度的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其他部位可選擇與橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相適應(yīng)，安裝便捷及利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲性O(shè)備。傳感器設(shè)備應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的荷載類型進(jìn)行選擇，而監(jiān)測(cè)永久、可變及偶然荷載的手段，監(jiān)測(cè)設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)單位意見(jiàn)進(jìn)行。建設(shè)單位對(duì)性價(jià)比因素也具有較高的關(guān)注度，橋梁健康的監(jiān)測(cè)設(shè)備和設(shè)施更新速度較快，在設(shè)備類型的選擇上有較大余地。在基于觀測(cè)精度、設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注安裝及數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬?，選擇具有較高性價(jià)比的監(jiān)測(cè)設(shè)備，通常要盡可能選用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。

2.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備及設(shè)施的分布位置

不同橋梁結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)荷載對(duì)于監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)施的分布位置具有決定性作用，在實(shí)際中橋梁結(jié)構(gòu)具有比較復(fù)雜的荷載，監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)施在選擇分布位置時(shí)，應(yīng)確保監(jiān)測(cè)到重要結(jié)構(gòu)部位及損害橋梁較大的荷載?；诖嗽賹?duì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造價(jià)、密度分配到非重點(diǎn)部位等進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到較低的成本。

3 信息傳輸手段的監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一般情況下數(shù)模轉(zhuǎn)換都已完成，但控制中心是橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理主體，因此應(yīng)及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)向控制中心傳送以進(jìn)行系統(tǒng)管理，才能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警及妥善處置的效果?；趯?duì)數(shù)據(jù)傳送安全的保證，應(yīng)采取專用光纖或無(wú)線網(wǎng)橋的傳輸方式，并綜合考慮建設(shè)成本。盡管專用光纖安全性相對(duì)較高，也能夠保證數(shù)據(jù)傳輸速度與質(zhì)量，但十分容易受到傳輸距離、施工條件等因素影響。而數(shù)據(jù)采用無(wú)線網(wǎng)橋形式傳輸，微波通道不能在控制中心附近影響，具備接收塔站的建立條件。數(shù)據(jù)傳送方式的選擇，應(yīng)對(duì)上述因素的影響程度進(jìn)行綜合考慮，并統(tǒng)籌分析建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入，結(jié)合不同場(chǎng)地情況采取適宜的傳輸方式。通常應(yīng)選擇專用光纖傳送城市內(nèi)橋梁的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不僅具有較短的傳送距離，相對(duì)也具有良好的施工條件。還能聯(lián)合專業(yè)通信單位，對(duì)專用數(shù)據(jù)傳送光纖采用租借形式進(jìn)行配置。使建設(shè)成本明顯降低，建設(shè)周期有效縮短。針對(duì)傳送城市外圍區(qū)域橋梁的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由于相對(duì)建筑物不夠密集，具有良好的微波通道，適宜采用無(wú)線網(wǎng)橋形式傳輸，并使建設(shè)費(fèi)用明顯降低。

4 選擇橋梁損傷識(shí)別模型

結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估方法主要可以分為模式識(shí)別、系統(tǒng)識(shí)別及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三大類方法，結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)通常被用于結(jié)構(gòu)指紋特征，也是識(shí)別系統(tǒng)的方法和輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要信息，在各自檢傷能力方面也通過(guò)結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)、應(yīng)變曲率等評(píng)估方法進(jìn)行顯示。雖然一些整體性評(píng)估技術(shù)已成功應(yīng)用于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，但在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中應(yīng)用還有待于提高可靠性。其原因主要是受結(jié)構(gòu)與環(huán)境因素所影響，不完備的測(cè)量信息，達(dá)不到足夠的測(cè)量精度，橋梁結(jié)構(gòu)具有較大贅余度且對(duì)結(jié)構(gòu)局部損傷的測(cè)量信號(hào)敏感性不夠。橋梁健康監(jiān)測(cè)主要是利用監(jiān)測(cè)評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使橋梁在突發(fā)異常時(shí)預(yù)警信號(hào)被觸發(fā)，提高橋梁使用安全性。在大型橋梁健康監(jiān)測(cè)方面，不同于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，不只是需要測(cè)試達(dá)到大容量信息的快速采集與通訊，也要實(shí)時(shí)監(jiān)控橋梁結(jié)構(gòu)整體及智能化評(píng)估結(jié)構(gòu)狀態(tài)。目前橋梁普遍具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只依靠單一模型難以評(píng)估橋梁狀態(tài)。為此，橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目的對(duì)于選擇橋梁損傷識(shí)別模型具有決定性作用，在目的明確的前提下，對(duì)橋梁損傷識(shí)別模型進(jìn)行綜合分析，才能提高所選模型的合理可靠性。

5 研發(fā)系統(tǒng)軟件策略

評(píng)估橋梁健康狀況離不開(kāi)采集數(shù)據(jù)，為此，在研發(fā)系統(tǒng)軟件過(guò)程中，一是建立數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，使采集數(shù)據(jù)更為便捷；二是在研發(fā)橋梁健康監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)過(guò)程中，科學(xué)合理地應(yīng)用分析評(píng)估模型。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效，應(yīng)有效控制上述建設(shè)環(huán)節(jié)。很多因素及環(huán)節(jié)都會(huì)在建設(shè)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中對(duì)其產(chǎn)生不同程度的影響，但若忽視控制這些環(huán)節(jié)，不僅將使建設(shè)經(jīng)費(fèi)和周期延長(zhǎng)，也將影響到橋梁健康監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。由此可見(jiàn)，橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于提高橋梁安全性具有十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張亞運(yùn)，錢(qián)國(guó)明.基于云平臺(tái)的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2015，18.

[2]張澤民.橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探析[J].山西建筑，2014，5.

[3]孫洪水.橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].交通世界，2014，11.

[4]吐?tīng)栠d·托乎提.橋梁健康監(jiān)測(cè)及發(fā)展趨勢(shì)探析[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014，7.

[5]何顯一.橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成[J].北方交通，2015，9.

[6]喬麗霞.動(dòng)撓度與橋梁健康監(jiān)測(cè)[J].低溫建筑技術(shù)，2015，10.

作者簡(jiǎn)介：韓基剛（1982-），男，遼寧大連人，研究方向：大跨徑及中小跨徑橋梁健康或安全運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)。