大型桥梁健康监测及其智能化分析与评价 - 52监测网

随着桥梁服役年限的增长，服役环境的恶化，维护在役桥梁的结构耐久性、安全性，保障和延长桥梁的服役寿命，提升其防灾能力和结构韧性，成为当前桥梁工程师面临的主要问题。进行桥梁服役期性能的监测和检测，并制定科学的评估和养护决策，成为当前世界范围内的研究热点。

作为长大桥梁运营维护的重要技术手段，桥梁健康监测是一项复杂的系统工程，其中监测设备的精度、结构信号采集及环境干扰、信号处理与分析、结构损伤识别算法等方面的因素，均可能引起结构损伤和评价的较大偏差。近年来，某些大桥相继发生涡振，引发强烈的社会反响，再度引起桥梁工作者对健康监测技术的思考。

聚焦近20年桥梁健康监测技术的发展现状，从监测系统及适应性、损伤监测算法、监测数据预处理、损伤结构安全预警及数字孪生技术等方面，对该领域的研究进行综述分析与评价。

结构健康监测旨在以单位时间步长为间隔，动态监测桥梁在日常运营中的结构状态，收集主梁、桥面板、桥台、主塔、缆索等桥梁重要组成部分的结构力学响应，诊断桥梁局部构件及整体结构的实时健康状态。

通过收集的中国已建大跨桥梁健康监测资料，统计分析了35座桥梁的健康监测内容，及锈蚀、开裂、位移、应变、振动等12个常规监测内容所涉及的31种传感器布设、测试方法及精度情况。健康监测的基本内容包括：环境(风、温度、湿度、水位、地基沉降等)，作用(车、人群等)；结构响应(振动、倾斜、应变、位移、疲劳、开裂等)；结构缺陷(锈蚀等)等。监测重点根据不同桥型及桥位环境有所差异。

对于健康监测系统而言，传感器的匹配和选择尤为重要。在实际工程应用中，由于结构累计损伤发展缓慢，结构响应信号随之发生微弱变化，桥梁健康监测系统在选择传感器时应综合考虑不同监测设备的相互匹配，监测设备的精度与结构损伤引起的静、动力响应量值的匹配等。传感器的优良程度决定了获取数据的真实性，依据监测内容进行传感器布设的优化研究非常重要。除以模态置信准则为基础的传感器布设优化方法，基于Pareto多目标人工鱼群算法，改进的IQPSO算法等外，部分仿生算法，如退火算法、遗传算法、猴群算法、狼群算法、粒子群算法等，将传感器优化布置推向巨型尺度、超大规模、海量自由度等特征的超级工程中。

数据采集及传送系统是另一个关键环节。基于无线传感器网络技术的传输方法得到了飞速发展，与传统电缆传输方式相比，这种传输策略可以快速安装并独立地对各采样数据进行分批预处理，与智能科技结合后可实现通信链路的自我监控、自适应测量调度等活动。由现代数据采集系统结合环境参数传感器和力学特性传感器，并搭配无损检测仪等综合设备群集成的混合监测系统，可大幅提高整个系统的准确性和可靠性。