大型橋梁結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)分析

董招生 咸云飛

摘? 要：隨著我國(guó)交通行業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)建設(shè)了大量大型橋梁工程，大型橋梁工程在建設(shè)過(guò)程中會(huì)受到各項(xiàng)因素影響，這會(huì)導(dǎo)致道路橋梁工程的建設(shè)期間出現(xiàn)各種問(wèn)題。因此，在大型橋梁工程建設(shè)中，相關(guān)部門(mén)要將結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用在大型橋梁工程中，加強(qiáng)對(duì)集成技術(shù)的研究，提高大型橋梁工程質(zhì)量，從而為人們提供一個(gè)良好的交通環(huán)境。

關(guān)鍵詞：大型橋梁工程;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);集成技術(shù);健康監(jiān)測(cè)

Abstract： With the rapid development of China's transportation industry， a large number of large-scale bridge projects have been built in our country. Large-scale bridge projects will be affected by various factors in the process of construction， which will lead to various problems during the construction of road and bridge projects. Therefore， in the construction of large-scale bridge projects， the relevant departments should apply the structural intelligent health monitoring system to large-scale bridge projects， strengthen the research on integrated technology， and improve the quality of large-scale bridge projects， so as to provide people with a good traffic environment.

近幾年，我國(guó)大型橋梁工程不斷增多，橋梁工程應(yīng)用年限的時(shí)間延長(zhǎng)，橋梁工程在應(yīng)用期間受外界因素影響，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生老化，大型橋梁工程在交通應(yīng)用期間，每年都會(huì)遭受到一定程度損失，這也就導(dǎo)致大型橋梁工程結(jié)構(gòu)難以滿(mǎn)足國(guó)家要求標(biāo)準(zhǔn)，可能會(huì)引發(fā)安全事故，因此，人們提高了對(duì)橋梁工程安全問(wèn)題的重視。在該背景下，大型橋梁結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，可以使人們掌握大型橋梁工程遭受到的破壞情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大型橋梁工程的合理保養(yǎng)，延長(zhǎng)工程應(yīng)用壽命。

1 智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的意義

橋梁結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（下文統(tǒng)一簡(jiǎn)稱(chēng)問(wèn)檢測(cè)系統(tǒng)）在具體應(yīng)用期間，就是對(duì)采用無(wú)損傳感技術(shù)，分析橋梁結(jié)構(gòu)情況，科學(xué)監(jiān)測(cè)橋梁工程結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，不僅可以使工作人員對(duì)大型橋梁工程整體結(jié)構(gòu)有一個(gè)全面了解，依據(jù)了解到的情況，完成對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)的維修，而且降低安全事故發(fā)生幾率[1]。但是，我國(guó)科技水平發(fā)展緩慢，現(xiàn)階段的科技水平難以對(duì)我國(guó)大型橋梁工程的具體情況進(jìn)行合理監(jiān)測(cè)，在對(duì)橋梁工程情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，采用的方法落后于橋梁工程建設(shè)情況，這也是造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)落后，在應(yīng)用過(guò)程中取得的結(jié)果不理想的主要原因[2]。因此，在大型橋梁工程建設(shè)中，相關(guān)工作人員要不斷研究監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是近幾年我國(guó)交通行業(yè)得到了快速發(fā)展，許多橋梁工程建設(shè)過(guò)程中為了滿(mǎn)足交通需求，建設(shè)了大量的大型橋梁工程，橋梁工程每天都要行駛大量車(chē)輛，這些車(chē)輛的荷載會(huì)對(duì)橋梁工程造成一定破壞，因此，若無(wú)法確保大型橋梁工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量，大型橋梁工程在具體應(yīng)用期間可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重交通事故，這不僅會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)造成人員傷亡[3]。

可見(jiàn)，在交通行業(yè)快速發(fā)展的今天，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行合理應(yīng)用意義重大。做好監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義重要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交通情況的科學(xué)管理，為人們財(cái)產(chǎn)和生命安全提供保障，例如，在大風(fēng)環(huán)境下，橋梁工程結(jié)構(gòu)受大風(fēng)影響會(huì)發(fā)生振動(dòng)，如果通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，橋梁振動(dòng)嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉大橋，減小橋梁結(jié)構(gòu)遭受到的破壞[4]。（2）利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)橋梁工受損情況，精準(zhǔn)定位橋梁工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)遭受的具體損壞情況進(jìn)行定量分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程在應(yīng)用期間可能出現(xiàn)的各種事故的合理預(yù)防。（3）系統(tǒng)能夠?qū)Υ笮蜆蛄汗こ淘趹?yīng)用期間遭受到的損傷原因進(jìn)行全面分析，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)橋梁工程進(jìn)行維修，并且要做好安全驗(yàn)收測(cè)試。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體功能

對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)時(shí)，要對(duì)智能傳感技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，進(jìn)而完成對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)情況的掃面，利用信息采集和處理系統(tǒng)完成對(duì)各種信息的輸出，這一方面可以確保各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展，另一方面也可以降低橋梁工程在具體施工期間，各種安全事故的發(fā)生幾率。在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析期間，若利用安全評(píng)估軟件后，證明橋梁工程結(jié)構(gòu)只是輕微的損壞或老化問(wèn)題，監(jiān)測(cè)人員在工作期間加強(qiáng)對(duì)其的關(guān)注即可，若發(fā)現(xiàn)橋梁工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的老化和損傷問(wèn)題，監(jiān)測(cè)人員要提高對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)整體情況的重視，依據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)開(kāi)展相應(yīng)的維修作業(yè)，確保橋梁工程應(yīng)用的安全性。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)方案

橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)是有多個(gè)子系統(tǒng)工程的一種系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)在系統(tǒng)中都承擔(dān)著各自的職責(zé)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)資源共享，使橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)管理能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一[5]。需要研究人員注意的是，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)主要通過(guò)軟件形式呈現(xiàn)，集成系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題集中在軟件平臺(tái)，以及各個(gè)功能軟件接口上，同時(shí)，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)對(duì)其的合理應(yīng)用，能夠自動(dòng)分類(lèi)監(jiān)測(cè)獲取的結(jié)果，完成對(duì)結(jié)果的科學(xué)處理，最終選擇出一種合理的維修方案，這對(duì)于確保橋梁工程的穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)意義重大[6]。此外，相關(guān)工作人員可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各項(xiàng)信息內(nèi)容進(jìn)行利用，完成對(duì)橋梁工程收集情況的分析與研究，快速找到橋梁工程的損失原因和損傷位置，采取合理方式對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處理，避免橋梁工程在日后應(yīng)用期間出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

2.3 軟件集成技術(shù)

軟件集成技術(shù)主要有以下內(nèi)容組成：（1）子系統(tǒng)軟件接口。（2）軟件中的數(shù)據(jù)接口。近幾年，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)不斷變得更加成熟，這也使該項(xiàng)技術(shù)逐漸朝著智能化方向發(fā)展，這使相關(guān)工作人員的工作變得更加便利，工作人員在實(shí)際作業(yè)期間可以利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)橋梁工程結(jié)構(gòu)，自動(dòng)對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大型橋梁工程中的具體應(yīng)用

3.1 工程概況

某大型橋梁工程由主橋和當(dāng)西引橋構(gòu)成，橋梁工程一共28跨，橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為694.23m，東引道長(zhǎng)為136.58m，西引道長(zhǎng)為152.28m，橋梁工程中的主橋采用的為三孔變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

3.2 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工程

橋梁工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遵循統(tǒng)一的管理模式和思路，對(duì)于系統(tǒng)中硬件的選擇上要緊密結(jié)合橋梁工程的類(lèi)型、受力、跨度等問(wèn)題而定，同時(shí)，對(duì)于采用的系統(tǒng)，還要注意其在應(yīng)用過(guò)程中要具有良好的協(xié)調(diào)性、可靠性，以及可拓展性等特點(diǎn)。系統(tǒng)在具體應(yīng)用過(guò)程中對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或光纖進(jìn)行應(yīng)用，完成信息傳輸;系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)兩項(xiàng)內(nèi)容作為基礎(chǔ)，通過(guò)合理方式，將部分監(jiān)控中心連接成一個(gè)統(tǒng)一整體，用戶(hù)通過(guò)合理方式應(yīng)用系統(tǒng)，用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的配置、控制等各項(xiàng)操作都可以采取遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)可以監(jiān)測(cè)到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在該過(guò)程中為了保證最終監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，要采取長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)和人工巡檢相結(jié)合方式完成相應(yīng)的監(jiān)測(cè)作業(yè)[7]。

3.3 具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容

主橋橋梁結(jié)構(gòu)上部為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)橋梁，其在具體應(yīng)用期間的典型病害特征就是腹板容易出現(xiàn)裂縫，下?lián)线^(guò)大。而通過(guò)對(duì)橋梁工程的整體情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，“豎向變形的最大程度”及“腹板裂縫的最大寬度”都與結(jié)構(gòu)安全性有著緊密聯(lián)系。此外，橋梁工程在具體應(yīng)用過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形，這種變形可以直接反映橋梁工程在具體應(yīng)用期間出現(xiàn)的問(wèn)題，而橋梁結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的裂紋，以及其發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致橋梁工程中的鋼筋出現(xiàn)銹蝕，這會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性造成影響。

3.4 布測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要遵循的原則

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能利用傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，傳感器測(cè)點(diǎn)布置在對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的效率和功能都會(huì)產(chǎn)生直接影響，因此，布置測(cè)點(diǎn)時(shí)要遵循下列原則：（1）布置傳感器測(cè)點(diǎn)時(shí)，要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定傳感器布置的具體情況。（2）注重結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及系統(tǒng)功能，確保傳感器布置的合理性。（3）重點(diǎn)把握結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。（4）針對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)中的裂縫測(cè)點(diǎn)布設(shè)要依據(jù)橋梁工程監(jiān)測(cè)報(bào)告中的典型裂縫位置進(jìn)行科學(xué)布設(shè)[8]。

3.5 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

完成測(cè)點(diǎn)布置后，安全監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用期間可以實(shí)時(shí)的將橋梁工程結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)位置處的裂分變化數(shù)據(jù)，以及撓度變化情況的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都及時(shí)、準(zhǔn)確的傳遞給橋梁管養(yǎng)部門(mén)，如果橋梁工程在應(yīng)用期間，橋梁工程中的裂縫和撓度受外界因素影響，出現(xiàn)了異常情況，能夠進(jìn)行安全預(yù)警，根據(jù)結(jié)構(gòu)上存在的裂縫和撓度，分析橋梁工程情況，利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取的部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)橋梁工程情況進(jìn)行反映，具體情況如下：

（1）不同傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性好，說(shuō)明獲取數(shù)據(jù)合理、精準(zhǔn)。（2）裂縫和位移穩(wěn)定，這表明在監(jiān)測(cè)期間，橋梁工程運(yùn)行穩(wěn)定。（3）隨著橋梁工程結(jié)構(gòu)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，橋梁工程在縱向上沒(méi)有出現(xiàn)位移，這一結(jié)果說(shuō)明橋梁工程在應(yīng)用期間，其剛度并未發(fā)生顯著改變，工程在應(yīng)用期間保持著良好的性能，可以滿(mǎn)足應(yīng)用需求。（4）車(chē)輛在橋梁工程中行駛，對(duì)橋梁工程造成的影響為瞬時(shí)性改變，車(chē)輛通過(guò)后，橋梁狀態(tài)恢復(fù)，這表明橋梁工程保持彈性工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

近幾年，我國(guó)大型橋梁工程不斷增多，其成為了我國(guó)的一項(xiàng)關(guān)鍵公共建筑，其能夠改善交通環(huán)境。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，合理應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)，要加強(qiáng)系統(tǒng)集成技術(shù)的研究，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用。

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