大桥桥梁结构健康监测.docx

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1、桥梁结构健康监测目录1. 桥梁结构健康监测的概念12. 桥梁结构健康监测系统13. L监测内容14. 2.2.2.数据传输5. 3.数据分析处理和控制22.4.大型桥梁结构健康监测系统6. 44.桥梁结构健康监测的现状与发展方向.33.桥梁结构健康监测系统的意义43.L桥梁结构健康监测系统的主要作用包括:43.2.桥梁健康监测意义.44.现有桥梁结构监测系统存在的问题55.结语桥梁结构健康监测1 .桥梁结构健康监测的概念交通是社会的经济命脉，桥梁是交通的咽喉，交通不畅会制约社会的经济发展，所以保障桥梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至关重要。为保证桥梁安全运行、避免严重事故发生，对桥梁结构进行健

2、康监测应运而生，桥梁结构健康监测是以科学的监测理论与方法为基础，采用各种适宜的检验、检测手段获取数据，为桥梁结构设计方法、计算假定、结构模型分析提供验证；对结构的主要性能指标和特性进行分析，及早预见、发现和处理桥梁结构安全隐患和耐久性缺陷，诊断结构突发和累计损伤发生位置与程度，并对发生后果的可能性进行判断与预测。通过对桥梁结构健康状态的监测与评估，为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理措施提供依据，并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏，保障和延长桥梁的使用寿命的目的。2 .桥梁结构健康监测系统3 .1.监测内容数据采集与测量的内容主要为：变

3、形（沉降、位移、倾斜）、应力、动力特性、温度、外观检测等。D变形监测采取适宜的测量手段，对桥梁主体结构关键部位的沉降、位移、倾斜量进行监测。常用监测变形的方法有：导线测量法、几何水准测量法、GPS测定三维位移量法、自动极坐标实时差分测量法和自动全站仪三维坐标非接触量测等。2）应力监测桥梁运营状态中主体结构的应力变化是由于主体结构的外部条件和内部状态变化引起的。外部条件主要有动荷载、气候、侵蚀、撞击和其他突发事件的作用等，而内部状态有混凝土的收缩徐变、温度变化及预应力损失等。应力监测数据可以定量性地反映出桥梁主体结构的内应力变化和性能变化情况。3）动力特性监测桥梁结构的动力特性与桥梁结构的刚度、

4、质量、阻尼值及其分布有关，动力监测是在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的条件下进行，主要对桥梁结构由桥址处风荷载、水流等随机荷载激振引起的微小振动响应进行测定。检测项目主要为：主体结构的自振频率、振1型等。桥梁结构动力检测方法主要有：固有频率、应变模态、模态置信度判据、柔度矩阵、小波分析、遗传算法等。4）温度监测通过对整桥温度场的监测，可以设法消除温度变化对某些监测过程或传感器本身的测量精度的影响；可以了解桥梁结构在某种温度场下的结构变形、内力变化等情况。5）表观检测表观检测的主要内容为：桥梁混凝土裂缝、强度、碳化深度、外观质量检测、钢梁及金属结构外观及腐蚀检测及支座、桥面铺装、伸缩缝

5、、锚端连接等部位、部件的损坏情况观察等。2. 2.数据传输稳定可靠的数据采集和传输对于保证监测系统的长期运行有着重要意义，同时是获取有效、可靠的监测数据的前提，要注重并做好以下几项关键性工作：（1）数据采集传输的同步是桥梁结构监测系统的关键性技术问题，是数据处理、分析和桥梁健康评估的基本前提条件。做到挠度、振动等子系统各点采集的时间同步性尤为重要。（2）关于数据采集节点设备和传输链路的合理配置与优化。影响数据采集节点设备和传输链路可靠性的因素相当复杂，必须研究设计和重点考虑系统合理的配置和优化。（3）关于系统数据采集过程中单点故障问题。系统需要具有单点故障不影响控制网络其他部分的功能。（4）关

6、于检测系统自身故障的自检与报警。系统能够识别和检查出传感器故障、电流回路泄漏、对不可信信号电频的捕获和子系统故障等，并能在系统主机上给出相应的报警信息。（5）关于数据可靠性检验的问题。系统具有能够对所监测数据进行自检、互检和标定的功能，是保障原始数据可靠性的重要手段。（6）关于实现远程监控的问题。通过因特网技术可以使桥梁管理者或桥梁专家在异地对系统实现远程监控和数据分析，是桥梁结构健康监测系统的新需求。2. 3.数据分析处理和控制数据分析处理与控制是指对获得的数据信息进行收集、整理、加工、存贮及传播等一系列活动的总和。它的基本环节是进行数据的组织、存贮、检查和维护等工作。这些工作是数据处理的中

7、心问题,一般称之为数据管理。二十世纪六、七十年代以来，数据管理技术提高到了数据库阶段，计算机中的数据及数据的管理统一由数据库系统来完成。数据库系统的目标是：解决数据冗余问题；实现数据独立性；实现数据共享；并解决由于数据共享而带来的数据完整性、安全性及并发控制等一系列问题。3. 4.大型桥梁结构健康监测系统大型桥梁结构健康监测系统一般应包括以下几部分内容：1）传感系统：由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成。2）信号采集与处理系统：实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。3）通信系统：将处理过的数据传输到

8、监控中心。4）监控中心：利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等。传感器监测到的实时信号，经过采集与处理曲通信系统传送到监控中心进行分析和判断，从而对结构的健康状况作出评估。若结构出现异常行为，则由监控中心发出预警信号，并对检测出来的损伤进行定性、定位和定量分析同时提供维修建议。4. 5.桥梁结构健康监测的现状与发展方向桥梁结构健康监测系统对桥梁结构评估主要有三个方面：承载能力、营运状态和耐久能力。承载能力是有关大桥结构或构件的极限强度、稳定性能等，其评估目的是要找出大桥结构的实际安全储备,以避免桥梁发生灾难性的损毁。营运状态评估与桥梁

9、结构或其构件在日常荷载工作下的变形、裂缝、振动等有关，其评估结果有助于合理安排养护维修。耐久能力的评估则专注于大桥的损伤及其成因以及其对材料物理特性的影响。目前的桥梁结构监测系统中存在着监测项目种类不足和个别项目的规模又过于庞大的情况。在监测数据的管理方面，没有一个较为完善的数据存储与管理系统，大量的监测数据得不到妥善的处理与利用。并且，现有的桥梁结构监测和状态评估系统大多属于单一的监测系统或者是单一的管理系统。桥梁结构健康监测综合评估系统在桥梁设计阶段予以提前考虑并做出桥梁结构健康监测设计有着十分重要的积极意义：设计人员可依据桥型设计理论和结构特点、四新技术的应用等方面采用适宜的监测理论、方

10、法与手段，做出符合桥梁特点和系统的监测设计。桥梁结构健康监测设计与桥梁设计同时形成可及时、妥善地将相关监测软、硬件在施工、运营过程予以配备与设置，使得监测系统的准备与运行工作做得更加充分与科学。我国的桥梁结构健康监测尚处初期阶段，随着桥梁结构健康监测工作的深入开展，在远距离监测、提高系统可靠性、完善数据处理和分析理论等方面还需要提高和完善，目前尚无现成的性能和数据评估方面的规范，因此探索并形成稳定、可靠的监测系统、明确各项参数指标、科学获取与处理监测数据、形成监测规范等工作是桥梁结构健康监测今后的发展与努力方向。3.桥梁结构健康监测系统的意义3. 1.桥梁结构健康监测系统的主要作用包括：1）设

11、计验证，确保桥梁安全；2）及时发现桥梁损伤；3）为桥梁维护管理提供技术依据；4）辅助桥梁日常交通管理。尽管（截止到2006年）我们国家现有桥梁已经达到了50万余座，但是有些地方的桥梁管理者对现有桥梁的管理仍然是被动式的，也就是当桥梁发生安全事故的时候才对桥梁进行维护（检测和加固）这种被动式的管理不可避免的会带来桥梁安全事故的频繁发生。结构检测与健康监测概况工程结构一般会受到两种损伤：突发性损伤和累积性损伤。突发性损伤由突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值;累积损伤则有缓慢积累的性质，达一定程度会引起破坏影响安全和使用。健康检测能够在突发性损伤发生时及时做出判断和警报，以便采取处理措施

12、，防止发生进一步的破坏和引发其它事故。对于累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采取相应措施。5. 2.桥梁健康监测意义（一）监控与评估桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控：桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；结构构件耐久性；工程所处环境条件等等。（二）设计验证由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困

13、难的。因此，通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有重要意义。不仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。（三）研究与发展桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。4 .现有桥梁结构监测系统存在的问题在目前已有的桥梁结构健康与安全监测系统中，明显存在监测项目种类不足，而个别监测项目规模又过于庞大，尤其在对监测数据的管理方面，还没有形成一个较为完善的数据存储与管理

14、查询系统,大量的监测数据得不到妥善的处理和利用。总结现有桥梁健康与安全监测系统的不足之处，主要体现在监测系统的总体规划和桥梁结构健康监测及诊断的研究水平两个方面。（一）在监测系统的总体规划上主要有以下一些较为突出的问题：1）缺乏有效实用的优化算法造成测点数量巨大，系统规模过大导致数据量大、信息大量冗余；2）监控系统与管理系统未能实现无缝连接；3）结构安全评价系统研究多基于理论范畴，缺少工程实用性的研究；4）桥梁监测系统缺乏规范性指导原则。（二）就现在桥梁结构健康监测及诊断的研究水平来看，在技术层面上也有许多问题主要表现为：传感器的优化布设是桥梁结构健康监测和诊断中的一个重要问题，应该做到使用尽

15、量少的传感器获取尽可能多的结构的健康信息。开发适合桥梁结构检测的专用传感器是桥梁检测问题中的关键。测量仪器的精度不够以及效率低是困扰桥梁检测的一大难题。5 .结语桥梁结构健康监测研究涉及振动理论、传感技术、测试技术、系统辨识理论、信号分析处理、数据通信、计算机、随机过程和可靠度等多门学科，是一个系统工程。经过多年来的积极探索，人们已经取得了许多成果。但是由于桥梁结构受到许多不确定因素和复杂工作环境的影响，现有技术还无法满足桥梁结构健康监测的要求，因此对桥梁结构健康监测的探索还需进一步进行完善。O传感系统的耐久性问题。就目前而言，许多传感器的使用寿命远小于工程结构的寿命，而且更易受到破坏，而传感

16、器的损坏则直接引起监测系统的中断。监测设备在一段时期的使用后出现大量损坏的问题，如果对结构健康与安全监测系统自身的“安全”问题进行识别，以便保证其运行的准确性与安全性是非常重要的。0复杂环境下的信号采集与分析问题。在复杂环境下，对结构损伤敏感的参数往往被淹没，难以采集与分析，导致损伤识别不准确。比如基础沉降、支座失效、预应力损失等引起的应力重分布都不可避免地对振动模态产生消极影响。另外，并非所有的参数都对结构损伤敏感，这些无用的数据通常是海量的，而能反映桥梁损伤的数据往往只是一小部分，极易被淹没在海量数据中。0目前对桥梁缺损状态的评价缺乏统一有效的综合性指标，由于目前桥梁缺损状态的评估标准还不

17、完善，难以反映个别构件的缺损及严重程度对整个桥梁的影响。于是出现以模糊理论、结构可靠性原理等为理论框架建立的各种桥梁结构使用性能评估专家系统，但其是否能广泛推广和运用到工程实践中去还有待于对各类桥梁工作性能的深入认识及相应规范的建立。0结构系统的复杂性、增加了系统评估的难度，桥梁是由多种材料、不同结构组合而成的大型综合系统,系统中各个成分应力状态易损性不一，刚度动力特性相差甚大，若用单一的动力特性变化指标去评估整体结构的状态，显然难以得到预期效果。目前对大跨度桥梁的安全评估基本上仍然采用了常规中小桥梁的定级评估方法，这是一种主要围绕结构的外观状态及正常使用性能进行的定性、粗浅的评价，难以对复杂

18、的大跨度桥梁进行整体或局部的评估。O在目前已有的桥梁结构健康与安全监测系统中，明显存在监测项目种类不足，而个别监测项目规模又过于庞大，尤其在对监测数据的管理方面，还没有形成一个较为完善的数据存储与管理查询系统，大量的监测数据得不到妥善的处理和利用。O传感器的优化布设是桥梁结构健康监测和诊断中的一个重要问题，应该做到使用尽量少的传感器获取尽可能多的结构的健康信息。开发适合桥梁结构检测的专用传感器是桥梁检测问题中的关键。桥梁健康监测系统桥梁健康监测系统一一GNSS桥梁健康监测系统一一GNSS篇一-1、概述近年来随着我国在基础行业投入的不断扩大，桥梁建筑的复杂程度、建筑跨度也不断加大，桥梁在生命周期

19、内的健康特性不断受到相关机关的重视，针对大桥或特大桥的安全性能尤其如此桥梁健康监测系统的构成2、GNSS桥梁健康监测系统的构成GNSS桥梁健康监测系统由监测子系统、通信子系统、数据处理子系统、远程监控子系统以及防雷子系统组成。监测子系统主要包含基准站GNSS接收机、各个监测点GNSS接收机、基准站GNSS天线、各个监测点GNSS天线、供电电源、射频电缆、通信电缆以及安装附件等，监测子系统是桥梁健康监测系统的数据源，提供实时处理和事后处理需要的所有数据；通信子系统主要包含接口分配、光电转换器、光缆续接器、通信光缆以及安装附件等，其保证监测子系统采集的数据有效可靠的传输回监控中心。数据处理子系统主

20、要包括实时处理计算机、事后处理计算机、服务器、实时处理软件、事后处理软件、数据库及后台运行平台、显示软件、分析软件、评估软件等，主要功能是完成数据处理并给出结果，为桥梁正常运营或维护提供准确的信息。远程监控子系统主要是为了方便用户在远程进行数据分析、数据维护、远程响应、处理突发事件等。防雷子系统主要包括避雷针、石墨接地或铜柱接地、电源浪涌保护器、射频信号浪涌保护器等，保护整个系统在恶劣雷电环境中正常工作。3、GNSS监测系统优势及其技术指标：直接获取监测点的三维绝对坐标；实时计算并显示监测点的三维位移；对GNSS原始数据进行7X24小时实时或准实时差分处理,进行连续观测；数据采样速率：最大可达

21、50Hz；基线解算精度：静态长基线长时间观测：平面：3mm+0.5ppm；高程：6mm+0.5ppm;快速静态：平面：5mm+0.5ppm；高程：10mm+0.5ppm；动态：平面：1Omm+Ippm；高程：20mm+lppm;通讯功能：标准4个RS232串口和一个TCP/IP以太网口；遥控功能；直接使用IP方式同时分三个端口传输数据各个监测点之间无需通视；系统自动报警GNSS桥梁健康监测系统的构成框图如下图所示：系统框图4、GNSS桥梁健康监测软件GNSS桥梁健康监测软件可以根据桥梁的实际安装和具体情况定制，系统软件一般包括：系统配置管理模块、系统状态监控模块、数据处理引擎模块、系统评估模块

22、、系统显示模块、数据处理备份模块、系统日志管理模块、用户管理模块、帮助模块等等。下面列举一些系统软件的界面:桥梁模型用户管理界面实时RTK数据处理界面转换七参数界面（桥梁坐标系）转换七参数界面（84-54-桥梁坐标系）桥梁坐标系实时数据曲线与列表显示界面系统监控报警界面数据显示界面桥梁健康监测系统sensor桥梁健康监测系统sensor篇一、桥梁健康监测系统概述随着国家对交通等公共设施安全要求标准不断提高，对重要设施（桥梁、工程机械、高速公路等）的形态变化（倾斜角度、振动、应力变化、温度、湿度）监测及信息采集的需求日益增加。我公司针对智能交通基础信息采集传感器这一新兴市场的巨大潜力，在现有传感

23、器产品发展的基础上，结合公司现有人才及技术优势，北京七维航测科技股份有限公司研制开发了桥梁健康监测系统，实现各种形态参数的监测测量，为智能交通领域安全信息监测系统提供高精度、高可靠性、快速、实时、准确的形态变化测量信息。该桥梁健康监测系统根据智能交通安全信息采集的发展趋势，针对野外恶劣工作环境采用温度补偿技术及双卡槽密封的结构设计、针对高精度数据采集进行线性化补偿、针对环保采用电源稳定性及低功耗设计、针对远距离传输采用高驱动能力设计等，满足智能交通信息采集系统的需求。该监测系统除了在桥梁建筑行业应用外，还可以应用于高速公路路基监测、山体滑坡监测、交通照明系统监测、工程机械等。二、桥梁健康监测系

24、统组成及工作方式该健康监测系统由传感器（包括倾角传感器、加速度传感器、温度传感器、应力传感器、拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、湿度传感器等）、信号调理模块、传输模块、数据采集系统、健康监测模型、预警模块等组成。首先各种传感器采集桥梁运行过程中的各种形态变化，经过信号调理后，通过传输模块传输回总控监测室，总控中心有大型的数据采集系统针对桥梁总体的各种信号进行采集，将采集到的信息记录并由健康监测模型分析，当桥梁变形超差、振动超差、位移超差、应力超差时，启动预警模块，为桥梁维护人员提供维修维护信息，避免桥梁因在非健康状态下使用而导致垮塌等引起的财产损失。图L桥梁健康监测模型图2.加速

25、度传感器和倾角传感器三、系统性能指标a）测量范围：角度：士1。；（3。、5可选）加速度：2g；（3g、5g可选）应力：-5kPa到35MPa；拉力：102000kN;压力：l200吨；温度：-5075。；湿度：10%95%;b）信号输出范围：一5VdC+5vdc（10VdC+IOvdc可选）c）供电：12VDC；d）功耗：小于80mW；e）预警响应时间：小于5s；系统其它各项指标可向本公司索取。桥梁健康监测系统一一时钟同步篇桥梁健康监测系统一一时钟同步篇一一时钟同步一、系统概述桥梁构造范围很广、结构较为特殊，监测点分散在各处，很多监测项目又具有实时性的特点，例如地震、交通事故等。因此对于各部位

26、监测数据需要非常准确的时间同步，一般的数据采集技术难以达到监测要求，如果不采用一种同步技术，极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差，不仅造成监测结果的不准确，还严重影响了对桥梁健康的研究分析。而通过GPS时钟同步技术完全可以避免这些问题。整个采集系统分散在桥梁的各个部位。桥梁按照区域划分为若干区段，在主要几个区段中安置着信号采集机站，每组采集机站均和GPS同步时钟接受器相连，GPSPPS接收器接受GPS时钟同步信号，做相应的处理得到时钟同步信采集设备接收处理后的GPS同步信号，号和绝对时间戳并发送给PXI采集设备，达到同步整个分布式采集系统。二、系统组成L所谓时钟同步有以下2方面含义，

27、只有2方面都达到同步，才能称为真正的同步采集。a）数据采样频率的同步，包括采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步。b）时间轴上的同步，即采样点时间标签的同步。2.GPSPPS时钟同步技术的系统组成该系统主要由GPS接收器和NIPXI采集设备2大部分组成。结构如图1：图LGPSPPS时钟同步系统组成图GPS同步时钟接收器的输入端连接着一个GPS信号接受天线，接受来自GPS卫星发送的时钟信号，输出端分为3部分：IOMPPS（PulsePerSecond）信号：用于同步采集系统，作为采集系统的采样基频。此信号不包含任何的时间信息，仅仅为简单的脉冲信号，脉冲间隔为10纳秒。IPPS（PulsePerSec

28、ond）信号：用于采集系统触发采集使用。此信号是一个很简单的，不包含任何时间信息（年或月之类）的脉冲信号，以IPPS为例，每秒发生1次脉冲，每个脉冲的宽度通常为100毫秒，PPS信号是一种较为简单的同步技术，但其效果却不亚于任何复杂的同步时钟信号。绝对时间（GMT）信号：用于替代采集系统自身的时间标签。此信号采用NEMA标准，表现形式为GMT时间，以字符串方式显示，例如“06.001-.,其中第一部分为年份，第二部分为年中天数，第三部分为一天的具体时间，精确到秒级。PXI采集设备采用NIPXI104518槽机箱，NIPXI8187主控制器为主，采集卡为NIPXI6652、6602、4472B,

29、其中：PXI6652时钟同步模块采用NI提供的SMB（类似BNC同轴电缆的接口）接口于GPS接收器的IOMPPS输出端相连，接收IOMPPS时钟信号，并且将此时钟信号进行分频，把分频后的时钟信号提供到PXI机箱背板，提供给高速同步采集卡PXI4472B作为采样时钟频率。PXI6602计数器采用接线段子板与GPS接收器的1PPS输出端相连，需要同时接入2个输入端口，都接收IPPS信号，第一个输入端收到信号后，按IPPS频率进行计数，并设定采集时间，当达到采集的起始时间，PXI6602提供触发信号，触发PXI4472B开始采集；第二个输入端的1PPS频率脉冲为4472B提供相位同步触发脉冲。PXI

30、8187控制器的标准RS232串口与GPS接收器的绝对时间输出端相连，接收GPS接收器提供的绝对时间信息，并计算每个采样点的时间间隔+触发开始的绝对时间来获取该采样点的绝对时间标签。3.采用NILABVIEW虚拟仪器编写可视性较高的数据采集及处理软件。健康监测在桥梁工程中的应用中国桥梁建设取得的成就作为四大文明古国的一员，中国有着极其悠久和灿烂的文化。在桥梁工程领域，我国在周秦时期，梁索浮三种桥型就已经基本具备；两汉时期，以栈桥建设为主；隋唐时期，技术日益成熟，达到飞跃；两宋时期，全面开展，大规模进行；元明清时期，日趋鼎盛，清朝中后期技术开始落后。与同期世界水平相比，我国在相当长的历史时间内一

31、直处于世界先进水平，建造了无数的各式桥梁，并有大量的优秀作品传世至今。始建于公元605-616年的赵州桥，不仅是我国而且也是世界上现存最早、保存最完整的空腹式石拱桥，对世界后代的桥梁建筑有着十分深远的影响。它横跨于赵县汶河之上，是一座大拱两端叠加分流用小拱的敞肩单孔弧形石桥，由28道石拱券纵向并列砌筑而成，其建筑结构之奇特，自古有“奇巧固护，甲于天下”的美称，1991年，赵州桥被美国土木工程师学会选定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹:有着“世上无桥长此桥”美誉的安平桥建于800多年前的南宋时期，全长两千多米，不仅是我国最长的石梁桥，也是世界上最长的石梁桥。另外还有位列中国三大古代名桥之首卢

32、沟桥；在世界造桥史上开创性采用筏型基础及种蛎固基的洛阳桥（又称万安桥）；跨径达到103米的泸定桥；作为中国乃至世界上最早的一座开关活动式大石桥的广济桥等等。时值近代钱塘江大桥，武汉长江大桥，南京长江大桥吹响了我国向现代化桥梁大国进军的号角。据不完全统计，截止2009年底，我国已建成公路、铁路、公铁两用桥梁总数已达60余万座，仅在长江、黄河上就有250余座。其中，长江及其支流沱沱河、通天河、金沙江上有近130座，黄河上有120余座。在已建成的斜拉桥、悬索桥、拱桥、梁桥中，分别位居世界同类型桥梁跨径排行榜前十名之列的有24座，占60%o其中：斜拉桥6座，苏通长江大桥（主跨1088m钢箱）、香港昂船

33、洲大桥（主跨1018m分离钢箱）分别位居第一、第二；悬索桥4座，舟山西垠门大桥（主跨165OnI分体式钢箱；为世界首座）、润扬长江大桥（主跨149Om钢箱）分别位居第二、第四；拱桥8座，重庆朝天门长江大桥（主跨552m连续钢桁系杆拱）、上海卢浦大桥（主跨550m钢箱提篮系杆拱）分别位居第一、第二；梁桥6座，重庆石板坡长江大桥（主跨330m钢一混凝土混合刚构一连续）位居第一。跨海桥梁中的宁波杭州湾大桥总长36Km,为跨海桥梁世界之最；东海大桥总长32.5Km；舟山大陆连岛工程总长54.68Km；上海长江隧桥工程南隧北桥，隧道长度8.9Km,桥长10.3Knb为世界迄今为止最大的隧桥结合工程。不管

34、什么形式的桥梁，其基本材料大多可归为石材，木材，混凝,钢材等类型，而这些材料在耐久性方面均存在不同程度的问题，需要给予特别关注。所以随着我国桥梁建设高潮的来临，对重要桥梁运营状况进行实时监测显得愈发迫切，加上国际桥梁领域最新发展动态的引导，桥梁健康监测日益成为国内发展的一大热点。桥梁健康监测系统发展简介虽然健康监测是最近一二十年才兴起的一个技术方向，但追寻历史我们发现结构监测概念古已有之：在中国，古塔上通常安装有各种各样的铃铛，而这些铃铛就兼具结构强烈晃动时提醒游人撤离的预警功能。另外，中国的监测传感技术也源远流长：汉代的古籍中就有大气温度和风速风向测量的记载。而1969年，Lifshitz和

35、Rotem所写的论文则被视为阐述现代结构健康监测理念一一通过动力响应监测评估结构健康状态一一的第一篇论文；由此，桥梁健康监测在世界范围内蓬勃发展起来。在工程领域：1987年，英国在总长522m的三跨连续钢箱梁桥Foyle桥上布设传感器监测大桥运营阶段在车辆与风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，该系统是最早安装的较为完整的健康监测系统之一。挪威的Skamsundet斜拉桥，丹麦的Faroe跨海斜拉桥和主跨1624m的GreatBeltEast悬索桥，加拿大的Confederation连续刚构桥，日本的明石海峡大桥等大跨桥梁上也相继安装了监测系统；1997年，香港的青马大桥、汲水门大桥和汀九大

36、桥等三座大桥上安装了风和结构监测系统。随后，内地的东海大桥、虎门大桥、徐浦大桥、江阴长江大桥等桥梁上也建立了不同规模的结构监控系统。在学术领域：1988年在日本东京举行的第九届世界地震工程会议（9TVCEE）上，首次在国际范围内讨论土木工程主动控制。1994年，国际结构控制学会（IASC）正式成立，同年召开第一届国际结构控制会议（IStWorldConf.onStructuralControl）O为了应对形势发展的需要，2006年以后，国际结构控制学会（IASC）会议改名为国际结构控制与监测会议(WorldConf,onStructuralControlandMonitoring)O健康监测主

37、要研究进展综合桥梁健康监测的发展历史和现状来看，主要有以下技术难题和研究进展：第一，健康监测系统总体设计。健康监测系统的总体设计原则包括以下几项：(I)根据桥梁结构易损性分析的结果及养护管理的需求进行监测点的布设；(2)从结构安全性、耐久性、使用性的需求出发对结构进行监测，采用实时监测和定期监测相结合的方法，力求用最少的传感器和最小的数据量完成工作；(3)以结构位移监测为主，以力、应力、模态分析为辅助。监测内容主要是荷载源、系统特性和结构响应。目前对于健康监测系统的设计更主要的是基于经验和项目经费的限制来确定传感器系统得设计，而没有一种确定性标准来进行传感器系统的设计，同时对需要通过健康监测系

38、统获得哪些能够对结构的状态评估发挥关键作用的数据还没有明确的方法。第二，传感传输技术。传统传感测试技术易受干扰、传输导线过长等缺点已不再满足桥梁健康监测的发展要求，加上现代科技支撑，近年来发展起来了许多新型的传感技术，其中以光纤传感、无线传感、GPS技术和Internet数据通信技术为主要技术代表。关于传感器优化布置的问题也愈发引起人们的关注，传感器的类型、数量和布置位置对监测效果有着非常大的关系，客观条件中传感器的数量总是有限的，如何将有限的传感器合理布置以发挥其最大的效用是是健康监测的关键技术之一，也是以后大力发展的方向之一。第三，数据融合技术。多传感器数据融合技术以其强大的时空覆盖能力和

39、对多源不确定性信息的综合处理能力，可以有效地进行结构系统的监测和诊断。目前已经发展起来的数据融合技术主要有：加权平均、卡尔曼滤波、贝叶斯估估计、统计决策理论、证据理论、模糊推理、神经网络。现有健康监测系统多停留在数据采集和简单数据分析阶段，同时桥梁健康监测系统会产生大量测试数据，对这些测试数据与信息进行整合与解释，以及对结构真实状态的进行合理评估仍存在很大困难。第四，系统与损伤识别理论研究。目前主要的研究方法有基于振动的结构损伤识别方法和模型修正方法。结构损伤识别作为结构状态评估的重要组成部分，是近年来健康监测方向的研究热点之一，出现了如基于结构频率、位移模态、应变模态、曲率模态、应变能、刚度

40、、柔度、能量法、频响函数等一系列损伤识别方法。而模型修正方法主要是基于运动方程、测试结果和有限元模型构造约束优化问题不断修正结构刚度、质量和阻尼分布，使其响应尽可能的接近实际响应。结构的模型修正能够为健康监测提供基准模型，同时也为基于测试结果的反演进行结构损伤识别和性能模拟提供了很好的基础。第五，结构健康状态评估。结构状态评估方法主要是运用可能获得的反映结构性能的内部信息对结构的施工运营等工作状态进行评估，目前主要有可靠度理论、层次分析法、模糊理论、神经网络以及专家系统等。健康监测系统的结构状态评估需要从结构监测的大量数据中提取能够反映结构特性的特征，以完成对结构实时和定期的评估，而这其中必然

41、会涉及到结构数据的特征提取、数据融合及性能决策等方面，但目前这个方面所作的工作较少。桥梁健康监测实例-东海大桥东海大桥工程2002年6月26日正式开工建设，历经35个月的艰苦施工，于2005年5月25日实现结构贯通，是我国第一座真正意义上的跨海大桥。东海大桥起始于上海南汇区芦潮港，北与沪芦高速公路相连，南跨杭州湾北部海域，直达浙江竦泗县小洋山岛，全长约32.5公里，其中陆上段约3.7公里，芦潮港新大堤至大乌龟岛之间的海上段约25.3公里，大乌龟岛至小洋山岛之间的港桥连接段约3.5公里。大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计，桥宽31.5米，设计车速每小时80公里，设计荷载按集装箱重车密

42、排进行校验，可抗12级台风、七级烈度地震，设计基准期为100年。东海大桥是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务。东海大桥的建成通车，为洋山深水港建成开港和进一步发展，加快上海国际航运中心的建设奠定了坚实的基础。东海大桥当时被上海市政府列为“一号工程”，其重要性不言而喻，在进行结构建设的同时，健康监测系统的布设也提上了日程。2006年10月，东海大桥的监测系统顺利布置到位，并于2007年正式投入使用。东海大桥的监测内容主要是环境参数，结构静力和动力响应和结构的耐久性。其中环境参数主要包含风速，地震，波浪和冲刷等，结构响

43、应主要监测内容包括斜拉桥桥塔的变形，连续梁的挠曲，阻尼器和伸缩缝的变形，主梁的损伤，主梁和塔的振动以及斜拉索的应力。结构的耐久性监测包含钢结构的疲劳和混凝土结构的慢性腐蚀。东海大桥上使用的基本监测手段有：用FBG传感器测量应力和温度；用GPS监测结构变形；用疲劳传感器测量桥梁主梁的疲劳。全桥一共使用了478个传感器，包括使用在主跨上的169个。数据评价体系分为联网评估和脱机评估。联网监测是一种自动监测系统，这一系统不仅可以判断结构的安全性，还可以进而对采集的数据进行分析。自动监测系统还可以自动决定是否需要向管理者预警并立即开始脱机评估。脱机评估系统可以进行一些更加高级的分析，比如结构静力分析，

44、模态分析，桥梁力学行为和环境因素的校正分析等等。这一系统需要大量的结构分析并由专家进行判断进而对桥梁的状态给出一个全面的评估。桥梁结构的监测数据不仅包含正常运营状态，还包括在极端荷载（比如台风，地震，爆炸，船撞等）下的桥梁结构响应。得到大量的监测数据以后，需要对其进行更多的深入分析和整理，首先区分出数据中的哪些部分是由于环境改变引起的结构响应，哪些又是由于结构破坏产生的等，然后通过图表等形式把数据中蕴含的内在规律及变化情况表现出来，再对结构的整体状况进行评估。引言预应力混凝土桥梁自出现以来的每次重大技术发展，都和材料、结构体系和施工工艺等创新密切联系在一起，它们相互促进不断发展：1.预应力材料

45、高强、高性能及轻质混凝土技术发展，使混凝土受力性能改善、耐久性提高、浇筑更方便，也使预应力混凝土桥梁结构自重荷载下降。高强、低松弛预应力钢材发展，使预应力混凝土的效率大大提高，也促进了预应力器具和设备发展纤维增强聚合物预应力筋技术发展，使预应力筋兼轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、非磁性等优点于一体，一些钢材难以克服的弱点得到消除，将预应力混凝土桥梁带入了一个崭新的发展领域。预应力材料利用现代传感和通讯等技术的智能化预应力混凝土材料，不间断监视结构的工作状态、生命轨迹，将对预应力混凝土桥梁健康、安全运行提供有利保障。2.预应力桥梁结构体系部分预应力混凝土结构，兼有预应力和钢筋混凝土结构的优点，克服了

46、全预应力混凝土结构的缺点无粘结体内预应力混凝土结构，消除了后张预应力筋管道的压浆，降低了预应力摩阻损失。预应力桥梁结构体系双向预应力、预弯预应力体系是预应力概念的新发展，它们使结构的高跨比显著减小，满足了一些特殊的使用要求体外预应力混凝土结构，构造简化、补索方便、施工简单，维护方便、总体经济性优越，逐步成为在经济、施工质量和安全性方面最有竞争力的方案。预应力桥梁结构体系钢一混凝土组合式预应力桥梁，利用钢腹、预应力混凝土顶板与底板在受力、构造及施工等方面的优点,成为预应力桥梁一种新的发展方向。3.预应力桥梁施工技术节段施工法使大跨径桥梁轻松跨越深险的江海和山谷，通过分段施工、预应力逐段连续，最终

47、形成结构整体利用现代化设备，桥梁采用标准化分段、系列化预制方法，使其适合不同跨径组合的要求，大大提高了施工速度，并对环境的不利影响降低到最小程度。预应力桥梁施工技术通过预应力技术发展起来顶推施工法、转体施工法分别适用于不同的桥型结构。一、预应力混凝土材料（一）混凝土材料1 .高性能混凝土HPC(HighPerformanceConcrete)高性能混凝土含有三种关键掺料：极细颗粒的硅灰、飞灰、粒状高炉碱矿渣，以此达到填充、润滑及增强的作用。高性能混凝土具有很多优良的特点：易浇筑、易密实、不离析；高早强、韧性好、低徐变、耐疲劳；高密水、耐磨损、抗化蚀；实用强度可达IOOMPa。其中高强并不是混凝

48、土的唯一指标，另外有一系列的质量要求，比如：自密实，水灰比小于0.4,28天收缩小于210-4和56天设计强度达到60-IOOMPa等。高性能混凝土应用研究课题主要在于混凝土材料力学性能，设计有效应变和徐变、收缩等。2 .活性粉混凝土RPC(ReactivePowderConcrete)活性粉混凝土现在还处于研究阶段，主要成分包含：水泥，硅灰,石英粉，硅砂，细钢纤维等。同时具有以下优良特性：强度200800MPa,实用150MPa以上，优良的韧性、抗疲劳性，较高的弯拉强度，抗循环冻融、盐、碳酸化作用性和长寿命、低维护费等。3 .轻质混凝土LWC(LightweightConcrete)限制混凝土桥梁跨径增大的一个关键因素就是自重过大。为此，轻