橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用

【摘要】隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)和建設(shè)的快速發(fā)展，立體交通已經(jīng)成為主要發(fā)展趨勢(shì)，大量跨越既有橋梁的橋梁建設(shè)也是不可避免的。然而，跨越既有橋梁的橋梁跨度往往較大，施工難度較大，因此不可避免地要在既有橋梁上設(shè)置臨時(shí)墩，以降低新建橋梁的施工難度，從而導(dǎo)致既有橋梁上臨時(shí)墩的安全問題。在建造新橋梁時(shí)，需要對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保新橋梁和現(xiàn)有橋梁的安全。本文對(duì)新建橋梁施工臨時(shí)墩對(duì)既有橋梁的安全影響進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究。

【關(guān)鍵詞】橋梁結(jié)構(gòu);安全監(jiān)測(cè);技術(shù);應(yīng)用

1、橋梁結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)

1.1橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)檢測(cè)分為連續(xù)監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括表面外觀監(jiān)測(cè)、強(qiáng)度監(jiān)測(cè)、性能趨勢(shì)監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、聲學(xué)監(jiān)測(cè)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象，橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的物理參數(shù)也因其工作性能控制因素而不同。振動(dòng)和噪聲檢測(cè)在橋梁檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛。對(duì)于一些大型橋梁，強(qiáng)度監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)和外觀監(jiān)測(cè)通常是主要目標(biāo)。當(dāng)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員一定要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)對(duì)象的選擇，通常情況下，應(yīng)該選擇靈敏度較高的特征參數(shù)作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2橋梁結(jié)構(gòu)的病害診斷

1.2.1模式識(shí)別方法，使用這種診斷方法需要離線分析和在線診斷。所謂離線分析是指通過離線分析確定能夠表達(dá)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的特征向量集和由特征向量集描述的疾病模式向量，從而形成疾病的基本模式集。在線診斷需要實(shí)時(shí)提取結(jié)構(gòu)狀態(tài)的特征向量，并通過判別函數(shù)分離和定位橋梁結(jié)構(gòu)疾病。

1.2.2專家系統(tǒng)法，該方法通過該領(lǐng)域一些專家的觸覺、聽覺、嗅覺和視覺獲得一些客觀事實(shí)，然后根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)和疾病史判斷橋梁疾病的位置和原因。這種診斷方法特別適用于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的橋梁疾病故障診斷。

1.2.3模糊數(shù)學(xué)法，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載不確定或不清楚時(shí)，可以用模糊集來描述它，技術(shù)人員可以通過模糊聚類分析將模糊集劃分為不同級(jí)別的子集，以識(shí)別疾病最可能屬于的子集。

1.2.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，這種診斷方法在橋梁結(jié)構(gòu)病害診斷時(shí)分為兩個(gè)階段，首先是學(xué)習(xí)階段，技術(shù)人員需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和模型，同時(shí)借助一定的學(xué)習(xí)算法，反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征以及干擾影響的變量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)編碼是期望輸出，形成輸入/期望輸出的樣本，進(jìn)而確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的閾值和權(quán)值，在學(xué)習(xí)收斂之后再凍結(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的閾值和權(quán)值。診斷階段是使訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處于回想狀態(tài)，對(duì)于給定的輸入，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，通過輸出與狀態(tài)編碼之間的比較，確定病害。

1.2.5是對(duì)比診斷法，這種診斷方法應(yīng)用最廣泛。技術(shù)人員首先通過初步統(tǒng)計(jì)歸納、計(jì)算和分析確定與每個(gè)狀態(tài)一致的標(biāo)志，最后將這些標(biāo)志與參考模型進(jìn)行比較，以獲得橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

2、橋梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)

2.1橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變（溫度）監(jiān)測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)采用智能表面數(shù)碼弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)試，關(guān)鍵截面應(yīng)力（溫度）采用JMZR-2000無線自動(dòng)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)，可確保數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。JMZR-2000型自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)是一種分布式全自動(dòng)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過不同的數(shù)據(jù)傳輸方式與采集模塊（MCU）聯(lián)系，完成系統(tǒng)管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、指揮系統(tǒng)的指令下達(dá)與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、定時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的上載傳輸、數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)庫管理等功能。

2.2結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)

為保證觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確，減少數(shù)據(jù)離散，橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)堅(jiān)持“四固定”原則，即固定主要觀測(cè)人員、固定主要觀測(cè)設(shè)備、固定觀測(cè)路線和固定數(shù)據(jù)處理方法。橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)采用徠卡TS30超高精度全站儀，同時(shí)配備永久性觀測(cè)棱鏡及反射貼片，其測(cè)點(diǎn)位移測(cè)量精度：角度測(cè)量精度0.5″;距離精度0.6mm+1ppm。歷次觀測(cè)時(shí)以墩頂截面固定點(diǎn)作為臨時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)，以附合（閉合）路線觀測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程相對(duì)差值。測(cè)點(diǎn)的初測(cè)高程測(cè)量兩次并取其平均值。監(jiān)測(cè)頻率為每個(gè)季節(jié)各一次。對(duì)跨中測(cè)點(diǎn)每次連續(xù)監(jiān)測(cè)24h，每1h間隔測(cè)量一次。

3、橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展

3.1橋梁撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)

GPS法。類似GPS橋梁位移監(jiān)測(cè)，這時(shí)只是通過GPS差分定位待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算撓度。系統(tǒng)也是由基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站和通信系統(tǒng)組成，同時(shí)選取多顆衛(wèi)星作為測(cè)量基準(zhǔn)，以提高監(jiān)測(cè)效率。

傾角儀法。在橋面縱向上不同的被測(cè)點(diǎn)，安裝可以根據(jù)電壓和測(cè)量物傾斜角度的比例關(guān)系來測(cè)量角度的傾角儀，測(cè)得不同點(diǎn)的傾斜角度，再用擬合撓度曲線積分和最小二乘法求出不同點(diǎn)的撓度值。

激光圖像撓度測(cè)量方法。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用由固定于橋體的光源發(fā)出激光束到標(biāo)靶，再用面陣CCD成像，圖像采集卡采集圖像，并將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和計(jì)算，也就是通過CCD傳感器之間的不同比例關(guān)系得出橋梁撓度值。

3.2橋梁位移監(jiān)測(cè)技術(shù)

GPS橋梁位移監(jiān)測(cè)。它是利用導(dǎo)航衛(wèi)星獲得相位差分（RTK），實(shí)時(shí)測(cè)量橋梁位移。這一橋梁位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括接收衛(wèi)星差分信息的GPS基準(zhǔn)站、可實(shí)時(shí)差分后測(cè)得站點(diǎn)三維空間坐標(biāo)的GPS監(jiān)測(cè)站和通信系統(tǒng)。然后由監(jiān)控中心進(jìn)行橋梁位移計(jì)算。

GPS橋梁位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量自動(dòng)化程度高，受大氣、天氣因素影響較小，GPS定位速度快、精度高。

3.3橋梁其他方面的監(jiān)測(cè)技術(shù)

橋梁裂縫采用紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)或神經(jīng)靜脈仿生裂縫監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。紅外熱像儀將紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見的熱圖像，然后分析其特征以獲得目標(biāo)表面溫度分布。當(dāng)橋梁破裂或損壞時(shí)，發(fā)射的紅外線不同于周圍的紅外線，橋梁的裂縫和損壞部分可以通過熱成像來了解。神經(jīng)靜脈仿生裂縫監(jiān)測(cè)方法是在橋梁的某個(gè)部位連接金屬絲網(wǎng)，當(dāng)裂縫出現(xiàn)時(shí)，由中間處理器判斷和確定裂縫的位置和長度。

結(jié)語：

橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)主要測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)變和裂縫變化等指標(biāo)，通過儀器測(cè)試和人工驗(yàn)證對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確定橋梁結(jié)構(gòu)的整體運(yùn)行狀態(tài)和局部裂縫的變化，預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)和規(guī)律，通過現(xiàn)場測(cè)量和檢測(cè)整理和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范評(píng)估目標(biāo)橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，為維護(hù)決策提供支持。通過對(duì)重點(diǎn)部位的自動(dòng)化連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，填充了人工檢查不能覆蓋的時(shí)段，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，為橋梁運(yùn)營安全保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

張進(jìn)，中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽。