大型橋梁安全監(jiān)測評估新技術探索與實踐

李 博

（北京中交橋宇科技有限公司，北京 100000）

橋梁作為城市交通建設的重要組成部分，可直接彰顯城市發(fā)展水平，為運輸市場建設提供基礎平臺?，F(xiàn)階段，我國橋梁工程通過不斷吸收國外先進技術、擴寬創(chuàng)新路線等方式，實現(xiàn)了快速發(fā)展，使大量大跨度橋梁落成。為使大型橋梁結構安全性與使用壽命達到國際先進水平，相關管理部門需做好安全監(jiān)測評估新技術的研究與應用工作，通過分析現(xiàn)有橋梁建設存在的問題，構建起功能更加完善的安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，降低橋梁結構安全事故發(fā)生概率，使橋梁工程建設事業(yè)朝著先進化、智能化的方向發(fā)展。

1 大型橋梁安全監(jiān)測評估新技術發(fā)展重要性

與其他橋梁工程相比，大型橋梁投入資金更多、建設周期長、運營壓力大，更需要加強安全監(jiān)測評估工作，將更多先進技術手段投入橋梁安全保障管理工作中。

但就目前來看，在大型橋梁安全監(jiān)測評估新技術應用期間，存在橋梁生命周密與傳感裝置壽命周期不匹配、監(jiān)測系統(tǒng)的實用性有待提升等問題，需相關工作人員將更多時間投入安全監(jiān)測評估系統(tǒng)的開發(fā)與完善過程中，確保安全監(jiān)測數(shù)據(jù)全面、及時，橋梁結構中存在的問題得到快速解決。

2 大型橋梁安全監(jiān)測評估新系統(tǒng)應用問題與解決措施

2.1 海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的評估技術

（1）存在問題。我國于20世紀90年代引進橋梁結構安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，因積累的實際應用經(jīng)驗不足，導致橋梁結構安裝狀態(tài)的評估工作進展緩慢。以某市大型橋梁為例，該橋梁工程在結構監(jiān)測數(shù)據(jù)采集過程中投入了大量經(jīng)費，但因缺乏有效的安全評估系統(tǒng)，導致大量結構檢測數(shù)據(jù)沒有得到及時處理，無法發(fā)揮出安全監(jiān)測系統(tǒng)的積極作用。

（2）對策。①為更好地解決大型橋梁安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析問題，需基于橋梁定監(jiān)測資料信息，對結構進行及時修正。一方面，在原安全監(jiān)測評估系統(tǒng)內(nèi)部增設損傷報警裝置，為橋梁維護工作爭取時間，控制橋梁嚴重安全事故發(fā)生概率；另一方面，確保所應用的安全監(jiān)測評估新技術能夠符合我國既有橋梁工程現(xiàn)狀，通過著重監(jiān)測內(nèi)力、撓度等性能，更好地反映橋梁結構整體響應程度。另外，制定橋梁結構安全評定標準，在監(jiān)測數(shù)值超過安全評定標準時，需對橋梁結構進行全面檢測。②積極應用更加先進的安全監(jiān)測評估新技術，如基于劣化效應下的安全評估技術。收集大量溫度、外荷載度等信息，應用相應的結構總效應函數(shù)與小波分析方式將橋梁結構劣化效應統(tǒng)計出來，實現(xiàn)橋梁的狀態(tài)安全評估。③應用時變可靠度安全評估技術，結合橋梁安全監(jiān)測信息，計算出其自身荷載效應的統(tǒng)計參數(shù)?；诖笮蜆虿牧?、尺寸以及計算模式的不同，分析出橋梁結構抗力參數(shù)。值得注意的是，在分析大型橋梁安全監(jiān)測數(shù)據(jù)期間，需將安全監(jiān)測評估新技術綜合在一起使用，確保不同新技術技術之間的優(yōu)勢能夠互補，使安全監(jiān)測評估結果更加客觀。

2.2 橋梁壽命與傳感器壽命問題

（1）存在問題。大型橋梁生命周期會受到裝配制造水平、運營環(huán)境等影響，存在預估難度大等問題。為能夠更加準確地計算出橋梁壽命周期，對壽命周期進行監(jiān)測，需采用更加先進的安全監(jiān)測評估系統(tǒng)。但由于安全監(jiān)測評估系統(tǒng)中所使用的傳感器裝置結構復雜，其使用周期明顯短于橋梁全壽命周期，無法實現(xiàn)橋梁結構全時間段監(jiān)測目標，需對安全監(jiān)測評估新技術進行不斷優(yōu)化。

（2）對策。采用預埋與表貼接力式的安全監(jiān)測方法，即在橋梁建設階段，將傳感裝置埋設內(nèi)部結構中，監(jiān)測橋梁自身的恒載應力。在橋梁運營前期，在結構表面安裝表貼式傳感裝置，對結構的活載應力進行監(jiān)測。收集這些傳感裝置的測量數(shù)據(jù)，對受到溫度等環(huán)境影響的數(shù)據(jù)進行修正，從而繪制出相應的監(jiān)測數(shù)據(jù)圖。在橋梁界面位置的預埋傳感裝置無法正常運行的情況下，應利用表貼傳感器應力數(shù)據(jù)將預埋監(jiān)測數(shù)據(jù)推算出來，確保橋梁結構的整體恒載、活載作用的全周期監(jiān)測目標能夠得到充分實現(xiàn)。

3 大型橋梁安全監(jiān)測評估新技術的實用性

在大型橋梁安全監(jiān)測評估過程中，需確保監(jiān)測數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定、可靠的特征，將其作為能夠評估大型橋梁綜合性能的重要依據(jù)。由于大型橋梁安全監(jiān)測評估工作的復雜性顯著，安全監(jiān)測評估新技術種類繁多，各橋梁工作所使用的監(jiān)測手段存在一定差距。此種現(xiàn)狀也間接證明了我國還是缺少綜合性能更好的橋梁安全監(jiān)測技術。文章以監(jiān)測大型橋梁撓度為例，對現(xiàn)有安全監(jiān)測評估新技術進行分析。

3.1 非接觸張力線橋梁監(jiān)測技術

原有接觸式張力線監(jiān)測技術主要通過人工讀數(shù)的方式感知橋梁位移變形情況，數(shù)據(jù)精準度不高，監(jiān)測效率與預期目標存在一定的差距。而采用新型非接觸張力線橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，具有監(jiān)測成本低、安裝與操作便捷、在線監(jiān)測精度高等優(yōu)勢，具有更加顯著的監(jiān)測實用性。將其應用在橋梁撓度監(jiān)測過程中，張力線組安裝在橋墩處，對張力線受拉的形變程度進行監(jiān)測與自動采集，從而獲取橋梁撓度數(shù)值。

3.2 激光透射式監(jiān)測系統(tǒng)

為確保大型橋梁撓度測量結果更加符合橋梁結構實際情況，也可采用激光透射監(jiān)測方式將相關橋梁測量視頻中的關鍵信息與數(shù)據(jù)提煉處理，通過標識不同顏色、闕值等方式，獲得精準監(jiān)測結果。與其他安全監(jiān)測評估新技術相比，激光透射式監(jiān)測系統(tǒng)具有測量結果精度高、設備運行成本低等特征，能夠更好地適用于大型橋梁的連續(xù)撓度監(jiān)測項目。在實際測量期間，激光發(fā)射裝置會將激光投射到固定反射投影靶上。在監(jiān)測點出現(xiàn)一定程度的位移等情況時，激光也會隨橋梁結構位移發(fā)生距離上的轉變。

3.3 線性測量與重現(xiàn)系統(tǒng)

在大型橋梁安全監(jiān)測評估期間，撓度測量沒有實現(xiàn)連續(xù)撓度線性測量目標，僅能夠應用于較少觀測點的高度，推斷出橋梁撓度線性，實際應用范圍較為狹窄。同時，對于線性撓度的監(jiān)測多采用人工監(jiān)測方式，測量精度與效率往往會受到測量人員專業(yè)水平影響，需設計并開發(fā)傾角測量連續(xù)撓度監(jiān)測裝置。

3.4 錨碇位移監(jiān)測

在大型橋梁工程中，錨碇可為橋梁結構提供充足的承載力，在錨碇受到損壞的情況下，橋梁會出現(xiàn)重大安全事故。因此，在橋梁安全監(jiān)測評估期間，需對錨碇的狀態(tài)實時觀測。在監(jiān)測錨碇位移情況期間，需將準直激光發(fā)射裝置固定在錨碇結構安裝點上，用準直激光發(fā)射裝置發(fā)射在的結構靶面，采用設備輸出方式，采集與分析模擬視頻信號，從而明確計算軟件處理的坐標位置。在錨碇結構發(fā)現(xiàn)位移的情況下，光斑也會發(fā)生相同的位移，從而判斷出錨碇結構的穩(wěn)定性。應用激光發(fā)射裝置監(jiān)測錨碇，具有監(jiān)測費用低、精準度高、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，可以更好地實現(xiàn)不同環(huán)境下的錨碇結構位移監(jiān)測目標。

為切實提升大型橋梁錨碇結構安全監(jiān)測評估精準性，相關監(jiān)測部門也需增強數(shù)據(jù)、信息以及橋梁工程等學科之間的交叉創(chuàng)新，結合先進的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術，針對大型橋梁安全監(jiān)測評估工作構建相應的遠程監(jiān)測與管理平臺，使橋梁安全監(jiān)測評估系統(tǒng)實用性得到穩(wěn)步提升。

4 大型橋梁工程安全監(jiān)測評估新技術的發(fā)展前景

基于發(fā)達國家建設經(jīng)驗，在橋梁工程發(fā)展高峰期后，橋梁結構性能優(yōu)化問題更需受到相關工作人員的高度關注，不斷更新現(xiàn)有安全監(jiān)測評估新技術，切實提升橋梁結構管養(yǎng)水平。

針對大型橋梁工程安全監(jiān)測工作，需積極引進更加先進的模型構建技術，組織開展多尺度、高精確性的橋梁結構模型試驗，深入挖掘橋梁安全監(jiān)測數(shù)據(jù)價值，結合結構外荷載力等力學演變規(guī)律，及時發(fā)現(xiàn)橋梁結構內(nèi)部安全隱患，制定出更加科學、完善的橋梁結構維護方案，科學指導橋梁工程后期管養(yǎng)工作有序開展。同時，應用日漸成熟的信息通信技術，建立大型橋梁結構工程的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，提升安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的公開性、共享性，確保橋梁安全監(jiān)測評估結果真實有效，為后期大型橋梁工的建設及監(jiān)察工作積累大量實踐經(jīng)驗。另外，還可以引進人工智能設備，提升橋梁工程安全監(jiān)測評估工作效率，降低工作人員監(jiān)測難度，確保國內(nèi)橋梁安全監(jiān)測評估水平處于國際領先地位。不僅如此，還應加強橋梁工程學、信息學與經(jīng)濟學的交叉聯(lián)動創(chuàng)新力度，切實提升橋梁結構安全監(jiān)測評估系統(tǒng)的運行經(jīng)濟效益，構建更加適應社會信息化發(fā)展的云計算監(jiān)測平臺，使橋梁結構安全檢測評估工作能夠更好地實現(xiàn)一體化發(fā)展目標，推進城市化發(fā)展進程。

5 結束語

總而言之，隨著我國大型橋梁工程建設數(shù)量的不斷增加，橋梁結構安全監(jiān)測評估工作迫在眉睫。為充分發(fā)揮出安全監(jiān)測評估系統(tǒng)的積極作用，相關工作人員需將當前關注重點放置在多尺度橋梁結構模型試驗中，對橋梁結構安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深入分析，評估橋梁各項性能，從根本上控制橋梁工程安全事故發(fā)生概率，為保障人們?nèi)松碡敭a(chǎn)安全打下堅實技術基礎。根據(jù)橋梁結構受力特點及健康監(jiān)測的具體要求，文章確定了監(jiān)測項目、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測數(shù)采方式及數(shù)據(jù)庫管理與查詢方式，建立了一套長期健康監(jiān)測系統(tǒng)，并在深入研究各種狀態(tài)評估方法的基礎上，建立了基于統(tǒng)計處理的健康狀態(tài)評估方法，實現(xiàn)了對橋梁工程健康狀態(tài)的初步評價。