浅谈桥梁健康监测
——曾燊平
前言：
20世纪以来，国内外桥梁工程建设取得了突破性的成就，桥梁建设正向着规模的大型化、形式的轻柔化、功能的复杂化发展、鉴于桥梁工程在国家建设和人民生活中的重要作用，桥梁结构的安全性与耐久性越来越受到人们的高度重视，所以现代工程技术人员不但关注桥梁设计与施工技术，而且更关注桥梁结构的维护和保障问题。随着科学技术的飞速发展，在现代桥梁工程领域中有关桥梁的健康监测、安全评估以及寿命预测等问题已经成为当前桥梁工程界的研究热点。
桥梁的生命过程一般包括规划与论证、设计、施工、运营管理以及养护维修等几个阶段，以往人们往往主要只关注设计与施工阶段，由于投资巨大、重要性突出，大型桥梁的总体规划也日益受到重视。虽然合理、保守的设计是结构安全的根本保证，但是限于当前对于大型复杂结构的认识程度及许多不定时或不可预测因素，比如超期服役、腐蚀、疲劳、撞击、爆炸、地震、洪水、飓风等自然灾害，人们难以进行预测与控制，为了确保大型复杂结构特别是大型桥梁的使用安全与耐久性，时时了解其健康状况是非常重要的。
桥梁在建成后，缺乏科学监测与管理对桥梁状态的影响日益突出。2015年6月19日凌晨3时许，位于粤赣高速广东河源城南出口的匝道桥突然垮塌，鱼贯行驶在匝道引桥上的4辆大货车瞬间栽落十几米高桥底，造
成1死4伤的悲剧。广州海印桥的部
分斜拉索因锈蚀而突然断裂，济南黄
河公路大桥的斜拉索也发生严重锈蚀
而被迫提早更换，宜宾小南门金沙江
拱桥吊杆断裂造成人车坠入江中。辽
宁盘锦田台庄大桥挂梁突然落下，坠
入辽河。1996年12月广东韶关特大桥
坍塌，32人死亡，59人受伤。1999年
1月重庆的彩虹大桥倒塌，导致41人
死亡，14人受伤的悲剧。造成这些事故的原因很复杂，抛开设计与施工方面的
原因不谈，这些桥梁长期处于超负荷运营状态，致使许多构件的疲劳损失加剧，是导致倒塌的重要原因。如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的疲劳损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，那就会大大减少这些惨剧的发生。
粤赣高速广东河源城南出口的匝道桥垮塌现场
正文：
桥梁健康监测的基本概念
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。
结构健康监测的定义为：“在现场进行结构特性，包括结构响应的无损检测和分析，用来检测由损坏或损伤引起的变化”。这一定义也有不足之处。当研究人员试图对健康监测的无损评估进行综合，其重点在于数据收集而不在于评估。人们的确切需要是采用一种有效方法来收集服役结构的数据并进行处理，以评估关键的性能测量，如使用性、可靠性和耐久性。因此，Housner，et al.（1997）所做的定义必须修改，结构健康监测可以定义为：“在现场进行结构特性，包括结构响应的无损检测和分析，其目的是：如果有损伤，则进行损伤识别、确定损伤的位置、估计损伤的严重程度并评价损伤对结构影响后果”（图1）。总而言之，一个结构健康监测系统必须同时能够进行结构损伤检测和状况评估。
结构健康监测研究可以分为如下四个水平层次：（Ⅰ）检测损伤的存在，（Ⅱ）确定损伤的位置，（Ⅲ）估计损伤程度，（Ⅳ）确定损伤的影响以及预测剩余的疲劳寿命。进行水平（Ⅲ）的工作要求改进结构模型和分析、局部的物理检查和传统的无损评估技术。进行水平（Ⅳ）的工作要求局部位置的材料构成信息、材料老化的研究、破坏机理和高性能的计算。在过去的20年，随着仪器的改进和对复杂结构动力学的认识，在系统检测和土木结构评估方面，土木工程结构的健康监测和损伤评估已变得更为实用。
桥梁结构以及其它大多数土木结构，尺寸大、质量重，具有较低的自然频率和振动水平，低振幅，而且桥梁结构的动力响应极容易受到非结构构件等的影响，这些变化往往被误解为结构的损伤；而且钢筋混凝土桥中模型的不确定性水平比单独一根梁或一个空间桁架模型的相应值要高得多，这一切使得桥梁这类复杂结构的损伤评估具有极大的挑战性。
对于近二十年建成的大型桥梁，大部分建立了以收缴过桥费为主要职能的桥梁管理机构，但是健康监测、养护与维修得不到应有的重视，往往是在出现问题后才亡羊补牢。对于存在缺陷或安全隐患的桥梁，全部予以更换不仅需要大量的资金而且要封闭交通，一般来说是不足取的一种方式；由于资金有限，也不可能一次性全部进行加固改造，需要区分轻重缓急，需要对桥梁状态作出科学准确的评判。由于大型桥梁的复杂性，传统的人工检测方法由于其滞后性、效率低，造成桥梁管理成本的提高与资源配置的不合理，已跟不上桥梁发展需求，也不符合经济运作的规律。在这种情况下，建立桥梁健康监测与安全评定系统（目前的硬件技术水平与软件已经使之成为可能），能够大大提高检测效率，实时掌握桥梁状态变化，评价桥梁的承载能力和使用功能，以及桥梁的安全可靠性，其意义主要有：（1）及时把握桥梁结构运营阶段的工作状态，识别结构损伤以及评定结构的安全、可靠性与耐久性；（2）为运营、维护、管理提供决策依据，可以使得既有桥梁的技术改造决策更加科学、改造技术方案的设计更加合理、经济；（3）验证桥梁设计建造理论与方法，完善相关设计施工技术规程，提高桥梁设计水平和安全可靠度，保障结构的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景。
然而，在当前的桥梁养护工作中存在许多不足：(1)工作效率低。桥梁的检查主要是有技术人员到桥梁现场定期检查，查看一座桥梁需花费一个人半天或一天的时间，工作效率低，不适合现代大量桥梁养护护理的要求。(2)准确性差。目前现有桥梁评估体系主要有交通部公路科学研究开发的中国公路桥梁管理系统（China Bridge Management System）,该系统在我国的公路桥梁养护管理上得到了广泛的应用，但是其桥况数据基本上以人工采集为主，需通过检查人员到桥梁现场进行目视检查获得外部现状，通过各种外部特征来综合判断桥梁状况。由于技术人员用肉眼检查桥梁的现状，工作中存在随意性，在桥梁病害尺度的把握上存在着人为差别，而对于肉眼无法看出的危险情况则又无法准确的把握，使得通过该系统的评价结论的准确性较差。(3)养护费用高。桥梁养护的经费主要用于桥梁的加固、改造，由于缺乏预防性养护的投入，造成“出现大病后花大钱治”的现状。(4)安全性低。由于桥梁的数量巨大，而技术人员和设备的有限，导致无法对运营中的所有（或大部分）桥梁进行有效的桥况评估，时常遗漏一些危桥的重要信息而发生车毁人亡的事故。
桥梁健康监测方法及研究现状
1 . 桥梁结构无损检测方法
所谓无损检测是指以不损及其将来使用可靠性的方式，对材料或构件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分、组织结构和力学变化性能的评定，并进而就材料或构件对特定应用的适用性进行评价。所有的结构在其使用期间都会遭受不同程度的累积损伤，利用无损检测的方法可以获取结构内部的健康信息，分析结构的振动特征，并于结构原始状态进行比较，
以便了解结构因积累损伤而造成的改变，为了监测桥梁的安全特征，定期检查是必要的。已建桥梁的无损检测问题早在20世纪50年代就已经提出，但由于早期的检测手段比较落后，分析方法不够准确，使得桥梁的无损检测在应用上受到诸多限制，桥梁结构状态的无损检测主要有局部检测方法和整体检测方法两种。局部检测方法是通过对结构某个局部构件进行无损检测，判断是否有局部损伤发生及损伤程度如何，进而判断该损伤对结构整体工作性能的影响如何，整体检测方法是通过检测结构的整体特性来评价整个结构的实际状态。现在国内外检测桥梁结构大多是先用整体检测法确定一些可能损伤部位，然后再结合局部检测方法对这些部位的构件进行详细的具体的损伤检测，进而对桥梁的损伤情况进行定位。
2．桥梁监测传感器研究现状
随着交通事业的发展，现代桥梁检测技术也取得了很大进步，主要包括以下几个方面：（1）雷达与红外热象仪检测技术：使用雷达、红外热象仪、激光光学、超声波和其它一些心得技术手段可在仅仅一天之内就能准确地测量成百上千公里路面或几十座桥的桥面；（2）光纤传感器监测技术：光纤传感器具有大面积检测能力，在较长时期内能提供可靠、精确和长期的检测结果，安装了这种监测系统后，任何结构存在的问题都可以较早地被发现，以便采取必要的修复措施，从而保证结构使用的连续安全性，使结构的性能得到最佳管理，并减少使用费用。
（3）无线电检测与评估系统：目前，一种全无（电）源的、便宜的感应器开发出来，满足了测量桥梁疲劳的长期需要。这种感应器贴在桥上并且与桥梁一起承受应变。它由一个特殊的应变增幅装置和两个预先裂开的样片合成一个整体去测量裂缝长度。
（4）自感应检测技术：公路桥梁的自感应检测技术的应用是广泛的。目前，美国已经设计、制造了一种便宜的位移感应器，用于翼墙的监测，已经进行两年多了，十分有效；一种新型埋入式锈蚀感应器已经在美国联邦公路局的参与下开发出来了。这种感应器可以浇筑在混凝土中，在混凝土中测量钢筋锈蚀的比率、混凝土的导电率、氯离子浓度等。目前桥梁的维修自动化需要的基本信息，被当作美国基础研究和开发的重点，这必须由感应和测量的高科技技术来提供。
（5）智能混凝土：a.损伤自诊断混凝土:自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤，其中最常用的是碳类、金属类和光纤。碳纤维智能混凝土可以对建筑物内部和周围环境变化的实时监控，也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等，还可应用于公路路面、机场跑道等处的化雪除冰，钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护，住宅及养殖场的电热结构等；b.自调节智能混凝土: 自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（sma）和电流变体（er）等。
（6）GPS全球定位系统：可以直接测量三维的空间运动；
（7）其他新技术：对桥梁结构的承载能力的“非侵入式”检测也是桥梁工程界的迫切需求。美国联邦公路局将激光检测系统用于检测桥梁的承载能力。另一项新技术是“智能桥梁支座”，通过它可以收集到许多必不可少的桥梁工作信息。智能支座能通过支座上的活载和恒载的分布发现并判断出桥梁结构体系的工作状况。局部智能传感器应该是一个方向，但是局部的监测指标往往难以反映结构的整体性态，如何将局部监测指标与结构整体性之间建立合理的关系是其中的关键问题，因此，必须发展分布式传感器的健康诊断策略。
虽然目前已有不少可以应用的检测评价方法，但有些技术仍需进一步完善才能达到普遍应用的阶段。特别是为随时了解桥梁结构的工作状态，确保其长期使用性能，必须使用永久的监测设备。因此，桥梁结构的长期监测与诊断技术目前变得越来越重要了。桥梁检测工作
者们还需继续努力，研究与开发出更加实用方便的桥梁检测技术与监测设备。
3．土木工程测试技术研究现状
桥梁由完好至破坏是一个逐渐损伤演变过程，桥梁结构承载力的降低，直接源于结构损伤的存在。对桥梁结构损伤部位进行检测的方法有很多种，过去和现在最常用的方法是人工肉眼检查，但人工检测的效率很差，有很大的局限性，当结构的某些部位无法用肉眼进行检测时，结构的损伤情况也就无法检测到。继而发展的桥梁局部检测技术是各部分的局部状态为检测内容，它通过对结构局部部位进行集中检测，实现对结构缺陷部位的精确定位、检查，甚至定量分析，局部检测主要依赖无损检测技术，包括目检法、压痕法、回弹法、染色法、超声脉冲法、回弹－超声综合法、振动弹性系数与对数衰减率法、红外线法、射线法、光线传感法、同位素法、电阻率法、自然电位法、泄漏测定法、磁粒子法、磁场扰动法、模式识别法等等。绝大多数技术成功地应用于检查一定部件的裂缝位置、焊接缺陷、腐蚀磨损、松弛或失稳等，实际检测中经常声发射法、以脉冲回波法为主的超声波检测技术、射线检测、电磁涡流技术等几种技术联合使用来评价结构状态。
桥梁结构内部损伤，将导致结构整体力学特性的变化，而局部损伤检测方法无法对桥梁的整体工作状态进行监测。桥梁整体检测则是以桥梁的整体状态如振动特性、挠度、索力等为检测对象，通过对结构基本状况的连续监测或定期检测，实现结构整体状态的检测与评估。利用结构整体检测进行结构损伤识别的方法有：静力检测法、动力检测法以及混合法。静态法识别效果好，所需数据较易测得，但测量时要阻断交通，人为施加荷载，现场工作量大，而且无法做到适时监控。动态法可以监测由风、活载等自然因素激发桥梁产生的振动信息，加工成一些理性识别指标，诊断桥梁损伤，而且现场工作量小，可做到适时监控。但是由于关系到模态识别，对测量仪器及识别方法的精度有较高要求。混合法是希望借助一些比较容易获得的静态观测数据来改善静力法的精度，但实际效果并不显著。由于结构的健康监测对于检测方法自动化以及分析结构整体状态的要求，现在多数研究者把注意力放在了动力检测方法的研究上，大致可以分为动力指纹分析法、模型修正与系统识别法、遗传算法、小波分析法和神经网络法。各种方法在桥梁损伤识别中的实际应用不尽如人意。主要有以下几个几点：（1）结构动力特性受非结构构件、环境因素以及边界条件等的影响较大；（2）限于经济上的原因，通常只能对少数自由度进行测量；（3）结构刚度、变形等的局部变化一般高阶模态会比较敏感，而这些模态又往往难以准确测量甚至根本无法测出。
局部与整体检测方法是相辅相成的。局部检测能发现桥梁结构的局部缺陷，并进行精确的检查和量化，通过采取适当的维修措施，防止局部缺陷的进一步发展造成对桥梁整体质量和安全性的危害。对结构整体安全状态的监测可用于指导对局部损伤的识别和定位，能够及时掌握桥梁结构整体工作状态的变化，从而使人们对桥梁的力学性能、安全性能有一个整体上的概念，便于维修养护策略的制订和资金的分配，从而提高检测工作的效率。最近发展起来的包含多项检测内容、集成了远程通信与控制的健康监测系统能够实现对桥梁状态的实时健康监测，它对桥梁的健康状态评估显然能起更积极的作用。
桥梁结构健康监测系统
1.监测内容
数据采集与测量的内容主要为：变形(沉降、位移、倾斜)、应力、动力特性、温度、外观检测等。
1) 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、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、锚端连接等部位、部件的损坏情况观察等。
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。
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。
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。
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。
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：①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；②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；③结构构件耐久性；
④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。
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。
结束语
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—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。
参考文献：
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（3）袁万诚，崔飞，张启伟桥梁健康检测与状态评估的研究现状与发展同济大学学报1999
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（7）孙晓燕桥梁结构健康监测技术研究进展中外公路2006.4
第1题桥梁健康监测的主要内容为（） A、外部环境监测，通行荷载监测，结构关键部位内力监测，结构几何形态监测，结构自振 特性监测，结构损伤情况监测等； B、风载、应力、挠度、几何变位、自振频率； C、外观检查、病害识别、技术状况评定； D、主要材质特性、承载能力评定。 第2题对于连续刚构桥梁外部环境监测的最重要内容为 （） A、风速、风向； B、温度； C、湿度； D、降雨量； 第3题通行荷载监测重点关注参数为（） A、通行车辆尺寸和数量； B、通行车辆的轴重和轴距，交通流量； C、大件运输车辆； D、超限运输车辆。 第4题下列哪项不是桥梁结构关键部位内力主要监测内容 （） A、斜拉桥索力； B、梁式桥主梁跨中截面应力； C、钢管混凝土拱桥的拱脚截面应力；
D、、梁式桥桥墩内力。 第5题下列哪项不是结构几何形态主要监测内容 （） A、连续刚构桥的墩底沉降； B、连续梁桥的主梁挠度； C、系杆拱桥的吊杆伸长量；拱桥 D、斜拉桥墩（塔）顶偏位。 第6题某桥梁监测结果发现该桥的自振频率有逐渐降低趋势，表明该桥（） A、刚度增大，振动周期变长，技术状况好； B、刚度增大，振动周期变短，技术状况好； C、刚度降低，振动周期变长，技术状况变差； D、刚度降低，振动周期变短，技术状况变差。 第7题结构损伤监测内容不含（） A、损伤部位、范围； B、、损伤类型； C、损伤开展情况； D、损伤原因。 第8题下列不属于桥梁健康监测使用的环境监测设备的是 （） A、风速仪；
B、风向仪； C、雨量计和蒸发计； D、温度传感器。 第9题下列不属于通行荷载监测指标的是（） A、轴载荷； B、轴数、轮数； C、车速； D、车辆高度。 第10题对于已建成的斜拉桥，适宜采用下面哪种方式进行索力监测（） A、电桥式压力环； B、振弦式锚索计； C、光纤式锚索计； D、采用振动法安装加速度传感器测定。 第11题对于连续刚构桥主梁挠度监测适宜采用的方法和设备为（） A、布置水准测点，定期进行主梁线形测量； B、建设GPS测点，在线进行线行测量； C、基于连通管原理，在线采用静力水准系统监测； D、布置测点，采用全站仪进行测量。 第12题对于大跨径桥梁的动力特性监测，下列说法正确的是（）
桥梁健康检测技术简介（练习） 单项选择题（共20 题) 1、对于已建成的斜拉桥，适宜采用下面哪种方式进行索力监测（）A,电桥式压力环； B,振弦式锚索计； C,光纤式锚索计； D,采用振动法安装加速度传感器测定。 正确答案：D 2、下面那一项不是桥梁健康监测的主要功能（） A,结构监测； B,损伤识别；； C,荷载试验； D,状况评估。 正确答案：C 3、下面哪一种类型桥梁不需要安装健康监测系统（）
A,超宽桥梁； B,大型桥梁、结构复杂桥梁； C,存在问题桥梁或经过加固处理桥梁； D,新型受力结构桥梁。 正确答案：A 4、桥梁健康监测的主要内容为（） A,外部环境监测，通行荷载监测，结构关键部位内力监测，结构几何形态监测，结构自振特性监测，结构损伤情况监测等； B,风载、应力、挠度、几何变位、自振频率； C,外观检查、病害识别、技术状况评定； D,主要材质特性、承载能力评定。 正确答案：A 5、对于连续刚构桥梁外部环境监测的最重要内容为（） A,风速、风向； B,温度； C,湿度；
D,降雨量； 正确答案：B 6、通行荷载监测重点关注参数为（） A,通行车辆尺寸和数量； B,通行车辆的轴重和轴距，交通流量； C,大件运输车辆； D,超限运输车辆。 正确答案：B 7、下列哪项不是桥梁结构关键部位内力主要监测内容（）A,斜拉桥索力； B,梁式桥主梁跨中截面应力； C,钢管混凝土拱桥的拱脚截面应力； D,、梁式桥桥墩内力。 正确答案：D 8、下列哪项不是结构几何形态主要监测内容（） A,连续刚构桥的墩底沉降；
B,连续梁桥的主梁挠度； C,系杆拱桥的吊杆伸长量；拱桥 D,斜拉桥墩（塔）顶偏位。 正确答案：C 9、某桥梁监测结果发现该桥的自振频率有逐渐降低趋势，表明该桥（）A,刚度增大，振动周期变长，技术状况好； B,刚度增大，振动周期变短，技术状况好； C,刚度降低，振动周期变长，技术状况变差； D,刚度降低，振动周期变短，技术状况变差。 正确答案：C 10、结构损伤监测内容不含（） A,损伤部位、范围； B,、损伤类型； C,损伤开展情况； D,损伤原因。 正确答案：D
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/766355342.html, 浅析桥梁安全的重要性及健康监测技术 作者：程程 来源：《建筑工程技术与设计》2014年第31期 摘要作为道路交通建设的重要组成部分，桥梁的安全性问题日益引起人们关注。由于桥 梁在建设过程中存在施工难度大、环境差的问题，以及部分人为因素，而在服役过程中，反复遭受各种荷载的作用，材料的疲劳与腐蚀，以及自然因素破坏，桥梁的安全存在一定隐患。而桥梁破坏造成的损失无法估量，因此桥梁及时监测桥梁的健康极为重要。本文详细总结了近年来运用较为成熟的桥梁健康监测技术。 关键词桥梁安全；结构健康监测；动力指纹；时间序列 0 引言 随着改革开放，中国城市桥梁建设逐渐进入快速发展阶段，如今，世界桥梁界都把目光聚焦在中国。据统计，中国现有各类桥梁约50万座，每年开工建筑的桥梁约为1万余座，中国正由世界“桥梁大国”向“桥梁强国”迈进。然而，在桥梁建设过程中，无法避免的存在施工质量问题。在投入使用后，各种荷载的反复作用，材料的疲劳与腐蚀，以及洪水、海啸、地震、飓风等自然因素破坏，都将给桥梁带来一定的损伤，如果没有及时修复，桥梁的安全性将逐渐降低而不能继续服役。我国仅2012年发生的桥梁坍塌事故不下7起，造成了极大的人员伤害和经济损失。这些事故不仅轰动了整个工程界，也越发引起人们对桥梁安全性问题的重视。为保证桥梁安全，首先在建设过程中，需要严格监控桥梁的质量管理。更为重要的是，在使用过程中，需对桥梁的健康状况进行实时监测，确保结构在出现损坏的时候及时采取措施。 1 健康监测技术的分类 根据Farrar[1]等人的报道，结构健康监测需要解决以下四个方面问题：判断结构是否存在损伤；发现并定位损伤；评估损伤程度；以及估计结构剩余寿命。健康监测主要分为两类，一类是监测结构局部的损伤，一类着眼于全局的健康监测。 2局部健康监测 传统的局部健康监测法主要包括染色渗透法、超声波、x或r射线、电磁学监测、全息摄影和红外成像等技术对结构和构件的局部进行检测[2]，但这类技术桥梁应用上还是有着一些 共有的限制与弊端：（1）难以对大型、复杂的结构进行健康监测，只能对小型结构或者大型结构的某些部件进行检测；（2）监测过程需要专业人员到现场，无法进行在线监测，导致监测费用高昂；（3）无法监测结构损伤的程度。 3全局健康监测
目录 一、传统桥梁结构检查与评估概述 (1) 二、现代桥梁健康监测系统概述 (2) 三、健康监测系统研究现状 (3) 四、健康监测系统实施现状 (5) $ 五、健康监测系统应用效果与存在问题 (9) 六、健康监测系统改善建议与发展前景 (10) "
一、传统桥梁结构检查与评估概述 桥梁在建成后，由于受到气候、腐蚀、氧化或老化等因素，以及长期在静载和活载的作用下易于受到损坏，相应地其强度和刚度会随时间的增加而降低。这不仅会影响行车的安全，并会使桥梁的使用寿命缩短。为保证大桥的安全与交通运输畅通，加强对桥梁的维护管理工作极为重要。桥梁管理的目的在于保证结构的可靠性，主要指结构的承载能力、运营状态和耐久性能等，以满足预定的功能要求。桥梁的健康状况主要通过利用收集到的特定信息来加以评估，并作出相应的工程决策，实施保养、维修与加固工作。评估的主要内容包括：承载能力、运营状态、耐久能力以及剩余寿命预测。承载能力评估与结构或构件的极限强度、稳定性能等有关，其评估的目的是要找出结构的实际安全储备，以避免在日常使用中产生灾难性后果。运营状态评估与结构或构件在日常荷载作用下的变形、振动、裂缝等有关。运营状态评估对于大桥工件条件的确认和定期维修养护的实施十分重要。耐久能力评估侧重于大桥的损伤及其成因，以及其对材料物理特性的影响。 传统上，对桥梁结构的评估通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息进行。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。美国联邦公路委员会的最近调查表明，根据目测检查而作出的评估结果平均有56%是不恰当的。传统检测方式的不足之处主要表现在： （i）需要大量人力、物力并有诸多检查盲点。现代大型桥梁结构布置极其复杂，构件多且尺寸大，加之大部分的构件和隐蔽工程部位难于直接接近检查，因此，这对现代大型桥梁尤其突出； （ii）主观性强，难于量化。检查与评估的结果主要取决于检查人员的专业知识水平以及现场检测的经验。经过半个多世纪的发展，虽然桥梁的分析设计与施工技术已日趋完善，但对某些响应现象，尤其是损伤的发展过程，尚处于经验积累中，因此定量化的描述是很重要的； （iii）缺少整体性。人工检查以单一构件为对象，而用于现代机械、光学、超声波和电磁波等技术的检测工具，都只能提供局部的检测和诊断信息，而不能
文章编号：1009-6825（2011）17-0188-02 浅议桥梁结构健康监测系统 收稿日期：2011-02-24作者简介：王 兰（1983-），女，助理工程师，中交路桥技术有限公司，北京100029 王 明（1982-），男，工程师，中铁二十二局集团第一工程有限公司，北京100040 王兰 王明 摘 要：对桥梁结构健康监测的传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统及桥梁健康评估系统进行了论述，指出了目前国内外桥梁结构健康监测系统存在的差距，阐述了应用桥梁结构健康监测系统的意义，旨在保证桥梁运 营安全。 关键词：桥梁，健康监测，系统中图分类号：U446 文献标识码：A 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，如近几年的重庆彩虹桥、宜宾小南门桥、苏州堰月桥以及辽宁盘锦的田庄台桥等塌桥事故。随着桥梁管理理念的发展和桥梁检测、 健康监测以及评估方法的进步，使得变“被动式”的桥梁管理为“主动式”桥梁安全管理成为可能。“主动式”的桥梁管理核心是建立桥梁维护管理制度，定期对 桥梁进行检测（对重大桥梁安装桥梁结构健康监测系统，对其进行“实时检测”），及时了解桥梁的安全状况，并采取相应的修理措 施，避免安全事故的发生。 1桥梁结构健康监测系统基本框架 一个较为完整的桥梁结构健康监测系统一般包括以下四个 子系统：传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统和桥梁健康评估系统。 1．1传感器系统 一般桥梁结构健康监测系统选用的传感器包括两大类：一类 是监测桥梁荷载（系统输入）的传感器，一类是监测桥梁结构反应（系统输出）的传感器。 监测桥梁荷载的传感器包括以下几种：温度计、风速仪、空气温湿度计和汽车动态称重系统等；监测桥梁结构响应的传感器包括以下几种：应变计、加速度计、GPS 、倾角仪、位移计、锚索计等。 根据不同的桥梁结构形式和工程预算的约束，不同的工程可以选择不同的传感器种类和数量。传感器系统设计主要是传感器种类和数量的选择，重点是传感器布点优化设计。 1．2数据采集与传输系统 数据采集设备一般包括五种：1）通用采集仪器，主要采集电类传感器信号，一般可针对具体的项目进行特殊设计。2）光纤光栅解调仪，光纤传感器是近些年来兴起的传感器种类，对于桥梁 监测系统光纤应变计和温度计得到了日益广泛的应用，采集光纤传感器信号使用光纤光栅解调仪。3）振弦采集仪，对于振弦原理 设计的传感器必须用振弦采集设备，如锚索计等。4）GPS 接收机， GPS 数据采集由专门的系统设备完成，GPS 天线通过同轴电缆连接至相应的GPS 接收机。5）动态称重主机， WIM 系统的数据通过高速称重主机接收压电传感器和地感线圈的信号来进行采集。 数据传输包括三个层次：1）从传感器到采集设备的局部传输网络；2）从采集设备到桥头交换机二级传输网络；3）从桥头交换 机到监控中心的骨干传输网络。数据采集与传输系统主要是与 传感器匹配的采集仪器的选择、通道数和采集频率的确定，以及数据传输方案的设计。 1．3数据处理与控制系统 在结构健康监测系统中，对系统监测数据的处理根据处理方 式、处理内容以及处理顺序的不同分为数据预处理和数据后处 理。系统的数据处理功能由数据库服务器与工控机共同来完成。数据采集系统中的原始监测数据的预处理是在各子系统采 集仪上完成， 包括通用数据采集仪、光纤解调仪、GPS 接收机、WIM 称重主机。预处理后的数据经桥头交换机通过光纤传回监控中心，监控中心的工控机接收预处理后的数据并实时显示。 经预处理后的数据实时的传输至监控中心，在各工控机中通过数据处理软件进行数据后处理，由于数据后处理涉及更为复杂的处理方式，因此有时可能需要进行人机交互的数据处理方式。 1．4桥梁结构健康评估系统 桥梁结构健康监测系统直接目的是为了桥梁结构评估。桥梁结构评估包括两个层次：一个层次是基于对监测数据的分析判定桥梁上是否发生了病害，并确定病害大致位置，辅以人工检查确定病害程度和性质。第二个层次是在上述病害下桥梁是否安全，是否需要维修加固。第一个层次是桥梁损伤识别的研究范畴；第二个层次一般有基于可靠度理论的分项系数评估方法和基于精细有限元分析的力学方法。桥梁健康评估系统是桥梁健康监测系统的核心。桥梁健康评估系统主要功能是根据采集的数据和分析结果对桥梁承载能力进行评估， 为桥梁维护提供决策依据。2桥梁结构健康监测系统国内外应用现状 20世纪60年代以来，由于发达国家桥梁严重退化，安全事故不断发生和事故后果的严重性，工程技术人员对桥梁结构监测展开了积极的探索。一方面是桥梁管理系统的研究，美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家最先开发了基于计算机的桥梁管理系统，美国从20世纪60年代起就开始使用桥梁管理系统，建成了大量的数据库，以便对桥梁进行科学管理。另一方面是监测系统的研究，到90年代国内外许多大型桥梁安装了健康监测系统，如日本的明石海峡大桥、丹麦的Great Belt 和中国的江阴桥等。 中国香港的青马大桥、汀九桥和汲水门桥三座桥梁同时安装了风与结构健康监测系统WASHMS （Wind And Structural Health Monitoring System ），为便于集中管理，相关部门建立了一个整体监控中心，三座桥梁共用一套整体的数据处理与控制系统和结构健康评价系统，三座桥梁的数据采集与传输作业的控制在监控中心 · 881·第37卷第17期2011年6月 山西 建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol．37No．17Jun．2011
桥梁结构健康监测
目录 1. 桥梁结构健康监测的概念 0 2. 桥梁结构健康监测系统 0 2.1. 监测内容 0 2.2. 数据传输 (1) 2.3. 数据分析处理和控制 (2) 2.4. 大型桥梁结构健康监测系统 (2) 2.5. 桥梁结构健康监测的现状与发展方向 (3) 3. 桥梁结构健康监测系统的意义 (4) 3.1. 桥梁结构健康监测系统的主要作用包括： (4) 3.2. 桥梁健康监测意义 (4) 4. 现有桥梁结构监测系统存在的问题 (5) 5. 结语 (6)
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 2.1.监测内容 数据采集与测量的内容主要为：变形(沉降、位移、倾斜)、应力、动力特性、温度、外观检测等。 1)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
目录 摘要 (2) 关键词 (2) Abstract (2) Keywords (2) 1、桥梁健康监测的概念 (2) 2、桥梁健康监测的内容 (3) 2.1施工阶段的健康监测内容 (3) 2.2 运营阶段的健康监测内容 (4) 3、桥梁监测方法 (5) 3.1 基于动力的健康监测方法 (5) 3.2 联合静动力的健康监测方法 (6) 4、桥梁健康监测系统的组成 (7) 桥梁健康监测系统部分应用实例 (9) 5、桥梁安全预警技术及结构健康状态评估技术 (13) 5.1结构实时损伤推断、定位与模型修正的理论和方法 (13) 5.2结构健康状态评定的理论与方法 (14) 5.3结构安全预警的多水平准则 (15) 6、健康监测系统造价 (16) 7、桥梁健康监测亟待解决的问题 (16) 8、参考文献 (17)
桥梁振动健康监测研究现状 摘要：建成的桥梁在长期的气候、环境以及动力荷载等多因素的耦合作用下， 会因材料的腐蚀与老化导致桥梁自身强度降低和刚度退化。这不仅直接行车安全，更会缩短桥梁的使用寿命。桥梁健康监测即Bridge health monitoring对桥梁结构在振动过程中或营运状况下进行检测与监测，并在此基础上对其安全性能进行评估是发展桥梁振动学科以及保证桥梁安全营运的重要内容。桥梁振动健康监测具有十分重要的作用。本文对桥梁健康监测的普及及其研究现状进行调查与展望。 关键词：桥梁振动健康监测系统抗震评估 Abstract:The bridge has built in the interaction of multi factors that long-term climate, environment and dynamic load, due to corrosion and aging bridge itself leads to the decrease of strength and stiffness degradation. This is not only a direct driving safety, but will shorten the service life of the bridge. Detection and monitoring of the operating condition of bridge structure during vibration, and on the basis of its safety performance assessment is the development of bridge vibration subjects as well as an important part to ensure the safe operation of the bridge. Vibration of bridge health monitoring plays an important role in . In this paper the popularization of the bridge health monitoring and research status will be survey and prospect. Keywords: bridge health monitoring system vibration seismic evaluation 1、桥梁健康监测的概念 桥梁健康监测的基本任务即是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁维护维修与管理决策提供依据和指导。
试题 第1题 桥梁健康监测的主要内容为（） A.外部环境监测，通行荷载监测，结构关键部位内力监测，结构几何形态监测，结构自振特性监 测，结构损伤情况监测等； B.风载、应力、挠度、几何变位、自振频率； C.外观检查、病害识别、技术状况评定； D.主要材质特性、承载能力评定。 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 对于连续刚构桥梁外部环境监测的最重要内容为（） A.风速、风向； B.温度； C.湿度； D.降雨量； 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 通行荷载监测重点关注参数为（） A.通行车辆尺寸和数量； B.通行车辆的轴重和轴距，交通流量； C.大件运输车辆；
D.超限运输车辆。 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 下列哪项不是桥梁结构关键部位内力主要监测内容（） A.斜拉桥索力； B.梁式桥主梁跨中截面应力； C.钢管混凝土拱桥的拱脚截面应力； D.、梁式桥桥墩内力。 答案:D 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 下列哪项不是结构几何形态主要监测内容（） A.连续刚构桥的墩底沉降； B.连续梁桥的主梁挠度； C.系杆拱桥的吊杆伸长量；拱桥 D.斜拉桥墩（塔）顶偏位。 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 某桥梁监测结果发现该桥的自振频率有逐渐降低趋势，表明该桥（） A.刚度增大，振动周期变长，技术状况好； B.刚度增大，振动周期变短，技术状况好； C.刚度降低，振动周期变长，技术状况变差； D.刚度降低，振动周期变短，技术状况变差。 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0
桥梁健康监测技术试题及答案 第1题 桥梁健康监测的主要内容为（） A.外部环境监测，通行荷载监测，结构关键部位内力监测，结构几何形态监测，结构自振特性监测，结构损伤情况监测等； B.风载、应力、挠度、几何变位、自振频率； C.外观检查、病害识别、技术状况评定； D.主要材质特性、承载能力评定。 答案:A 第2题 对于连续刚构桥梁外部环境监测的最重要内容为（） A.风速、风向； B.温度； C.湿度； D.降雨量； 答案:B 第3题 通行荷载监测重点关注参数为（） A.通行车辆尺寸和数量；
B.通行车辆的轴重和轴距，交通流量； C.大件运输车辆； D.超限运输车辆。 答案:B 第4题 下列哪项不是桥梁结构关键部位内力主要监测内容（） A.斜拉桥索力； B.梁式桥主梁跨中截面应力； C.钢管混凝土拱桥的拱脚截面应力； D.、梁式桥桥墩内力。 答案:D 第5题 下列哪项不是结构几何形态主要监测内容（） A.连续刚构桥的墩底沉降； B.连续梁桥的主梁挠度； C.系杆拱桥的吊杆伸长量；拱桥 D.斜拉桥墩（塔）顶偏位。 答案:C 第6题
某桥梁监测结果发现该桥的自振频率有逐渐降低趋势，表明该桥（） A.刚度增大，振动周期变长，技术状况好； B.刚度增大，振动周期变短，技术状况好； C.刚度降低，振动周期变长，技术状况变差； D.刚度降低，振动周期变短，技术状况变差。 答案:C 第7题 结构损伤监测内容不含（） A.损伤部位、范围； B.、损伤类型； C.损伤开展情况； D.损伤原因。 答案:D 第8题 下列不属于桥梁健康监测使用的环境监测设备的是（） A.风速仪； B.风向仪； C.雨量计和蒸发计； D.温度传感器。 答案:C
第1题 桥梁健康监测的主要内容为（） A.外部环境监测，通行荷载监测，结构关键部位内力监测，结构几何形态监测，结构自振特性监测，结构损伤情况监测等； B.风载、应力、挠度、几何变位、自振频率； C.外观检查、病害识别、技术状况评定； D.主要材质特性、承载能力评定。 答案:A 第2题 对于连续刚构桥梁外部环境监测的最重要内容为（） A.风速、风向； B.温度； C.湿度； D.降雨量； 答案:B 第3题 通行荷载监测重点关注参数为（） A.通行车辆尺寸和数量； B.通行车辆的轴重和轴距，交通流量； C.大件运输车辆； D.超限运输车辆。 答案:B 第4题 下列哪项不是桥梁结构关键部位内力主要监测内容（）
A.斜拉桥索力； B.梁式桥主梁跨中截面应力； C.钢管混凝土拱桥的拱脚截面应力； D.、梁式桥桥墩内力。 答案:D 第5题 下列哪项不是结构几何形态主要监测内容（） A.连续刚构桥的墩底沉降； B.连续梁桥的主梁挠度； C.系杆拱桥的吊杆伸长量；拱桥 D.斜拉桥墩（塔）顶偏位。 答案:C 第6题 某桥梁监测结果发现该桥的自振频率有逐渐降低趋势，表明该桥（） A.刚度增大，振动周期变长，技术状况好； B.刚度增大，振动周期变短，技术状况好； C.刚度降低，振动周期变长，技术状况变差； D.刚度降低，振动周期变短，技术状况变差。 答案:C 第7题 结构损伤监测内容不含（） A.损伤部位、范围； B.、损伤类型； C.损伤开展情况；
D.损伤原因。 答案:D 第8题 下列不属于桥梁健康监测使用的环境监测设备的是（） A.风速仪； B.风向仪； C.雨量计和蒸发计； D.温度传感器。 答案:C 第9题 下列不属于通行荷载监测指标的是（） A.轴载荷； B.轴数、轮数； C.车速； D.车辆高度。 答案:D 第10题 对于已建成的斜拉桥，适宜采用下面哪种方式进行索力监测（） A.电桥式压力环； B.振弦式锚索计； C.光纤式锚索计； D.采用振动法安装加速度传感器测定。 答案:D
桥梁健康监测系统，是一个以桥梁结构为平台，结合实时监测与人工定期检测的优势，应用现代传感、通信和网络技术，以实现对桥梁在未来运营过程中健康状况的实时动态监测，及时发现和预警桥梁潜在的危险，为桥梁的安全运营、管理和养护维修提供科学的数据支持。对于不同结构类型的桥梁和用户的具体需求，可依据实际情况制定适宜的监测方案。 高清摄像机 在此监测中使用爱普华顿的APG-IPSD-645FR-4G型400万高清4G网络红外智能高速球作为视频监控终端。详细技术参数如下：
项目技术指标 机芯参数 传感器1/3"Progressive CMOS 有效像素2592×1520 变焦倍数20倍 光学变焦 5.4-108mm 数字变焦16倍 菜单显示多语言菜单可选 日夜转换 双滤光片切换同步图像，自动，彩色，黑白，定时， 阈值控制，翻转 背光补偿关/背光补偿/强光抑制/宽动态/透雾功能 数字降噪2D/3D 白平衡自动1/自动2/室内/室外/手动/钠灯/日光灯 最小物距Wide 1.5m,Tele 1.5m 视场角水平50.2-2.9度(广角-望远)垂直37.9-2.1度 最低照度 0.01Lux@(F1.5,AGC ON)彩色，0.005Lux@(F1.5,AGC ON)黑白 球体参数 旋转范围水平360°连续旋转，-10~90°，自动翻转水平键控制 速度 水平0.01°~120°/s，垂直:0.01°~35°/s 预置位255个 巡航云台功 能 8条（每条32个预置位） 线性扫描1条，左右边界可设 自学习1条，最长2分钟操作 红外距离150米，分两段开启 红外角度多组透镜组合 无线属性 无线标准移动TD-LET,TD-SCDMA,联通FDD-LET,WCDMA,电信 FDD-LET,CDMA SIM卡槽1个（内置） 天线接口1个 支持运营商全网通 连接方式web配置 网络功能报警联动常开常闭模式、联动录像、预置点，报警触发抓取图智能报警移动侦测、联动E-mail 支持协议TCP,UPNP,IP,HTTP,DHCP,PPPoE,RTSP,FTP,DDNS,NTP 网络接口10/100M网络自适应,RJ45适配器 接入协议ONVIF或GB/T28181、主动注册 信息显示镜头放大倍数、摄像机方位指示、日期时间显示 通用功能密码保护，心跳，多用户访问控制 压缩标准视频压缩标H.265/H.264 压缩输出码 率 50Kbps~7Mbps
浅谈桥梁健康监测 ——曾燊平 前言： 20世纪以来，国内外桥梁工程建设取得了突破性的成就，桥梁建设正向着规模的大型化、形式的轻柔化、功能的复杂化发展、鉴于桥梁工程在国家建设和人民生活中的重要作用，桥梁结构的安全性与耐久性越来越受到人们的高度重视，所以现代工程技术人员不但关注桥梁设计与施工技术，而且更关注桥梁结构的维护和保障问题。随着科学技术的飞速发展，在现代桥梁工程领域中有关桥梁的健康监测、安全评估以及寿命预测等问题已经成为当前桥梁工程界的研究热点。 桥梁的生命过程一般包括规划与论证、设计、施工、运营管理以及养护维修等几个阶段，以往人们往往主要只关注设计与施工阶段，由于投资巨大、重要性突出，大型桥梁的总体规划也日益受到重视。虽然合理、保守的设计是结构安全的根本保证，但是限于当前对于大型复杂结构的认识程度及许多不定时或不可预测因素，比如超期服役、腐蚀、疲劳、撞击、爆炸、地震、洪水、飓风等自然灾害，人们难以进行预测与控制，为了确保大型复杂结构特别是大型桥梁的使用安全与耐久性，时时了解其健康状况是非常重要的。 桥梁在建成后，缺乏科学监测与管理对桥梁状态的影响日益突出。2015年6月19日凌晨3时许，位于粤赣高速广东河源城南出口的匝道桥突然垮塌，鱼贯行驶在匝道引桥上的4辆大货车瞬间栽落十几米高桥底，造 成1死4伤的悲剧。广州海印桥的部 分斜拉索因锈蚀而突然断裂，济南黄 河公路大桥的斜拉索也发生严重锈蚀 而被迫提早更换，宜宾小南门金沙江 拱桥吊杆断裂造成人车坠入江中。辽 宁盘锦田台庄大桥挂梁突然落下，坠 入辽河。1996年12月广东韶关特大桥 坍塌，32人死亡，59人受伤。1999年 1月重庆的彩虹大桥倒塌，导致41人 死亡，14人受伤的悲剧。造成这些事故的原因很复杂，抛开设计与施工方面的 原因不谈，这些桥梁长期处于超负荷运营状态，致使许多构件的疲劳损失加剧，是导致倒塌的重要原因。如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的疲劳损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，那就会大大减少这些惨剧的发生。 粤赣高速广东河源城南出口的匝道桥垮塌现场
桥梁结构健康监测系统的意义 桥梁结构健康监测系统的主要作用包括: 1) 设计验证，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一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，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。二、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：①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；②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；③结构构件耐久性；④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。三、健康监测系统（一）大型桥梁健康监测系统。大型桥梁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。（二）信号的分析与处理。桥梁结构的健康状况是由测试的信号来
桥梁健康监测意义-心得 桥梁健康监测讲义中主要包括以下几个内容： 1、桥梁健康监测的基本概念； 2、桥梁健康监测研究现状 包括：桥梁监测传感器研究现状；土木工程测试技术研究现状；传感器的优化 布设、系统集成与数据传输网络技术研究现状；桥梁结构健康监测数据管理与 控制技术研究；桥梁损伤识别技术的研究现状；有限元模型修正与模型确认现状；桥梁健康监测海量数据挖掘；结构健康监测系统的设计指南和标准的研究 现状。 3、桥梁健康监测方法 包括：基于动力的健康监测方法；联合静动力的健康监测方法；桥梁健康监测 的应用。 心得体会 虽然本人不是桥梁设计或者桥梁检测专业出身，但是在飞尚公司也大致了解了 桥梁监测的现状，通过这次学习，再次深入的了解了桥梁健康监测的现状，再 次写一下自己的几点心得(不一定对，也不一定全面，只是个人的心得体会和看法，和大家共勉)： 第一：是否应该参照国外桥梁监测先进经验和过往经验(是否需要对国外桥梁监 测现状进行调研？)，结合国内情况及国内桥梁健康监测现状，走出一条适合自 己的监测之路(当然不是说国外的就是好，但是从近现代以来，确实是西方国家 引领了包括桥梁设计和检测监测工业革命潮流)。 第二：桥梁健康监测包括施工期监测和运营期监测(我的理解是运营期监测市场的主要方向)，要想知道监测的方向应该要了解更多的桥梁设计或者桥梁检测监 测行业规范书本(毕竟检测是曾经的主流，未来也许是监测的天下)；而桥梁设 计或者桥梁检测监测行业规范的制定是国家桥梁结构等相关机构(例如住建部、 中国建筑设计研究院等单位引领制定的，因此我科室为了达到一定的行业高度，应该多多参与参加类似的会议，当然前提是咱们这个级别能否参与的了，或者 间接参与也可)，国外是否也是类似的方式？ 第三：不论是检测还是监测，前端用的都是传感器，传感器也分静态传感器(如 表面应变计、裂缝、位移等)、动态传感器(加速度、动应变等)；还可分接触式
桥梁结构健康监测 目录 1.桥梁结构健康监测的概念 0 2.桥梁结构健康监测系统 0 2.1.监测内容 0 2.2.数据传输 (1) 2.3.数据分析处理和控制 (2) 2.4.大型桥梁结构健康监测系统 (2) 2.5.桥梁结构健康监测的现状与发展方向 (3) 3.桥梁结构健康监测系统的意义 (4) 3.1.桥梁结构健康监测系统的主要作用包括： (4) 3.2.桥梁健康监测意义 (5) 4.现有桥梁结构监测系统存在的问题 (5)
5.结语 (6) 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 2.1.监测内容 数据采集与测量的内容主要为：变形(沉降、位移、倾斜)、应力、动力特性、温度、外观检测等。 1)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
桥梁健康监测现状与未来发展探讨 发表时间：2018-05-21T15:51:15.597Z 来源：《基层建设》2018年第5期作者：沈传贺 [导读] 摘要：通过对桥梁安全问题的分析，利用桥梁安全检测技术，主要对桥梁的指纹和模型修正进行了不同形式的评价和总结，然后进行综合分析，对预测结果进行分析预测。 中铁西南科学研究院有限公司四川成都 611731 摘要：通过对桥梁安全问题的分析，利用桥梁安全检测技术，主要对桥梁的指纹和模型修正进行了不同形式的评价和总结，然后进行综合分析，对预测结果进行分析预测。并对桥梁健康监测的发展趋势提出了几点建议，如避免噪声和不稳定因素，采用新技术和新设备来测量桥梁的损伤程度，以提高桥梁损伤程度的敏感性等。 关键词：状态评估；损伤；监测；方向 1 引言 桥梁健康监测技术是现在热门技术，而健康监测系统是桥梁实现智能化养护管理模式的核心。本文基于国内现有的监测系统研究现状，浅谈对桥梁监测系统的组成、存在的问题及未来发展方向。 2 桥梁健康监测概述 工程结构通常遭受两种损伤，即突发性和累积性损伤。突发性伤害是由突发事件引起的，在短时间内达到或超过一定限度。累积损伤具有缓慢积累的特性，在一定程度上会造成破坏，影响结构的安全和功能。桥梁健康监测的目的是预测早期损坏，以便采取措施。对于累积损伤，可以定期对结构状态进行评估，并根据实际情况采取相应措施。由于技术的限制是不成熟的，在过去的很长一段时间，现在仍然是一个传统的桥梁健康维护模式的延续，已由专业测试人员定期采用人工目视检查或桥梁检测的便携式仪器及时维修和加固后的桥梁实现疾病的使用维护。这种检测方法有许多局限性，主要表现为：（1）对疫情的实时观察不到；（2）检测到大量的人力、物力和财力，一些结构和内部损伤不易察觉；（3）人工检测时间长，影响交通（4）；主观性强，专业知识和技能的员工通过检测受影响大。由于传统桥梁养护管理方法和手段的局限性，很难满足大型桥梁健康评价发展的要求。20世纪80年代后期，欧美一些国家首次提出了结构健康监测的新概念，并相继在一些重要桥梁上安装了健康监测系统。自上世纪90年代以来，中国的一些主要桥梁也建立了不同规模的健康监测系统，如香港的Lautau Fixed Crossing和青马大桥，内地的虎门大桥、徐浦大桥等。桥梁实时健康监测系统的安装与使用是未来桥梁监测的发展趋势。我们在这方面的研究取得了一些成果，并已成功地应用在一些桥梁上。 3 健康监测系统的发展现状 3.1 传感器的优化布设问题 大跨度桥梁健康检测技术的基础上对随机振动的有效性取决于基于模态实验的形式是要区分的，对于使用哪一种传感器主要由数量和位置的长短距离程度来决定。如何协调有限数量的传感器，使它们从噪声信号中提取最佳信息到结构状态是我们需要考虑的问题。同时，它也是大跨度桥梁健康监测的核心内容。传感器的好坏基于其使用的标准。 3.2 损伤诊断的动力指纹法类方法 该结构的状态特征是通过寻找动态指纹，结合结构动力特性确定桥梁结构破坏前后的状态特征。动态测试中信息利用的功能状态大致可归纳为三类。第一类主要用于单向动态测试特性，例如通过二阶导数发展的模态法。第二类通过测试一些动态参数（如振幅和频率）来确定结构的状态。第三类其他测试方法确定结构的状态，例如FRF波形指纹。 3.3 损伤诊断的模型修正法类方法 这种方法的基本思想主要是寻找动态测试的参数，使用一些最基本的运动方程，或者用有限元模型来解决约束问题。我们还需要不断修正结构模型的参数，例如质量和阻尼的分布。这是为了使他们更接近测试的结构动力学，并使他们作出反应。同时，通过修正模型矩阵与基线模型矩阵的比较，判断结构的损伤程度。这种模型修正方法主要是针对实际的试验模型和有限元模型的特点之间的矛盾，除了解决建模过程中的不稳定因素外。解决这个问题有四种方法。一是扩大课堂，完善不完善模式。二是结合统计理论知识，考虑修正模型过程中的误差分析结果。第三是指纹和其他测量方法的使用。其目的是使模型的修正提前得到参考数据，另一方面减少繁琐的计算步骤，从而提高桥梁损伤识别的正确性。最后一个是考虑到膨胀类引起的一些错误，也导致了数学和物理约束在反演中的应用。 3.4 分析误差与不确定因素的处理 （1）试验误差。测试误差主要是由四个因素引起的。首先是仪器噪声对测量精度的影响，其次是气候和温度的影响，第三是在现场测量时很难解决寄生激振的影响，第四的实测材料不足以判断大桥的状况。（2）建模误差。建模误差的主要问题在于这四个方面。首先，物理参数是不稳定的，其次是离散化误差，第三是实现了边界的仿真误差，最后是非结构分量误差。总之，上述错误可以通过某种方式消除，但有些错误很难消除。考虑到桥梁损伤程度不同，采用的方法不同。一般来说，不管怎样做，都不可能消除所有的错误。 4 健康监测技术发展 桥梁安全检测技术主要以桥梁状态评估为核心技术。对某些检测系统的影响和一些特殊设计的桥梁设计的影响，将成为近期桥梁研究最有力的工具。同时，桥梁的结构控制和桥梁安全评估状态的进一步发展将取决于结构的现场试验和研究数据。 4.1 监测内容 监测系统主要具备以下六大功能。第一是桥梁的结构能在正常的环境和正常的交通条件下实现物理和力学的运营状态。第二是可以探测到桥梁非常重要的非结构构件的工作状态是什么样的形式。第三是在桥梁发生了十分严重的事故后作出损伤报告。第四是桥梁的结构耐用程度如何。第五是桥梁的结构构件的损伤程度。第六是能探测到桥梁所处于一个怎样的环境条件之下。 4.2 监测系统组成 桥梁的探测系统的组成有四个方面，第一个是信号的处理和搜集。第二个是监测监控的中心。第三个是传感应系统，主要是以仪表和传感器作为核心组成部分。第四个通信的装置，可以把处理完的数据及时的输送到监测的中心，供大家参考。 5 健康监测系统未来研究方向 目前，国内外一些城市桥梁或小跨径的桥梁，由于其成本低，很难利用监控系统的高成本，为发展低成本的监控系统将很好的解决了这个问题，所以研究的健康监测系统中小桥是一个很有价值的研究方向。但是，大型桥梁健康监测系统还不够成熟，其研究还将是今后一