桥梁工程中的结构健康监测与维护

70总390期2016年第12期（4月 下）桥梁与隧道工程

0 引言桥梁工程日常运营中，为了加强工程质量控制，及时掌握桥梁工程运营的基本情况，有效处理存在的缺陷，采取相应的监测技术和方法是十分必要的。同时，桥梁结构健康监测是了解和控制工程质量的重要方式，在监测过程中，只有掌握科学的技术措施，合理应用相应的监测技术，才能提高监测效果，实现对桥梁工程质量的有效控制。然而在桥梁结构健康监测过程中，由于受到监测人员、监测设备等因素制约，桥梁结构健康监测工作仍然存在一些不足，影响监测效果和桥梁工程质量控制。今后应该改变这种情况，采取相应措施，正确运用监测技术，全面提升监测质量，及时掌握桥梁工程运营基本情况，为有效处理质量缺陷、确保桥梁工程质量奠定基础。文章探讨分析了光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用，并提出相应的应对对策，希望能为实际工作的有效开展提供启示与参考。1 桥梁结构健康监测的影响因素1.1 桥梁结构健康监测仪器设备各类仪器是开展桥梁结构健康监测的必需品，其先进性与可靠性会影响整个结构监控监测结果的准确性。因此，必须注重对仪器设备的保养，使其处于最佳工作状态，同时注重仪器设备的更新，引进最先进的设备，以提高监测结果准确性，实现对桥梁结构健康状况的有效掌握。1.2 桥梁结构健康监测试件取样试件取样对桥梁结构健康监测结果的准确性具有重要影响，相关监测标准和规范对取样方法、数量、频率都做了具体规定，实际工作中必须严格遵循这些规定，以提高监测结果的准确性。1.3 桥梁结构健康监测人员监测工作最终是由监测人员来完成，因而他们的素质对监测结果产生直接影响。所有监测人员应该具备资格证书，持证上岗，熟练掌握相关理论、监测技巧、数据处理等各项工作[1]。从而确保监测结果的准确性，提高桥梁结构健康监测效果，并对存在的质量缺陷采取有效处理对策，有效保障桥梁工程施工效果。2 桥梁结构健康监测的常见方法2.1 核子密度仪法该方法运用于桥梁结构健康监测工作中，主要仪器包括核子密度湿度仪，标定块，打孔设备等，通过利用放射性元素在介质中传播辐射时会产生衰减，从而得到结构干密度，将试验所得最大干密度输入仪器，从而得到工程质量状况。该方法可以测定结构的压实度、含水量，得出干密度，从而判断工程质量是否满足施工要求。具体操作方法为：对仪器充电和标定，根据监测要求输入参数，并打孔至比测量深度稍深的位置，将核子密度仪平稳放在测试位置上，启动仪器监测，达到监测时间后，读取显示数据，并做好记录，完成监测任务。2.2 K30载荷板试验法主要设备为K30试验车，包括载荷板、加压系统、反力系统、测量系统。该方法可以监测到桥梁结构的刚度系数K30，从而能够从力学性能角度判断桥梁施工质量。具体操作方法如下：先将试验点处表面整平，安放载荷板，安装加压系统，根据确定的荷载逐级加压，并记录稳定后的变形值。2.3 声波透射法该方法运用于桥梁工程监测中，具有良好的监测效果。检测仪器包括显示系统、发射换能器、接收换能器，监测中通过对声波的判断来了解混凝土工程质量情况，包括缺陷、所在位置、大小等。该监测方法主要目的是判断缺陷桩的缺陷性质、位置和范围，评定基桩混收稿日期：2016-01-19作者简介：商永生（1983—），男，工程师，研究方向为公路工程监理。光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用商永生（廊坊市交通技术咨询监理公司，河北 廊坊 065000）摘要：桥梁结构健康监测工作中，为促进监测水平提高，应该结合实际工作需要，采取有效的技术措施，严格遵循工作流程，促进监测水平提高。提出了桥梁结构健康监测的影响因素，指出了桥梁结构健康监测的常见方法，分析了光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测应用存在的不足，并提出改进和完善对策。关键词：光纤光栅传感技术；桥梁结构健康监测；桥梁监测中图分类号：U446.2 文献标识码：Btranspoworld交通世界凝土质量等级。具体操作方法如下：将发射与接收换能器分别置于不同声测管中，打开开关，同步升降换能器，测量声时、波幅、频率、波形等，掌握桥梁工程基本情况，为采取措施修复质量缺陷奠定基础。2.4 地质雷达法桥梁工程由于超挖、欠挖等影响，可能会引发安全或质量事故。有必要加强监测，提前做好预防和整治工作，比较常用的是物探技术，使用地质雷达进行监测。该方法的监测仪器包括雷达天线和分析处理系统，通过利用高频电磁脉冲波反射原理来实现探测的目的，该方法监测内容主要包括回填情况、衬砌厚度、钢支撑加固分布情况。具体监测方法为：搭建工作平台，将其固定在平板车上，沿某一方向进行监测，获取桥梁工程基本情况，掌握桥梁工程存在的质量缺陷[2]。此外还有光纤光栅传感技术等技术措施，也满足桥梁结构监测需要，实际工作中应用具有良好效果。3 光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测存在的不足3.1 思想认识方面桥梁结构健康监测单位对桥梁结构健康监测不重视，没有聘请专业人员进行监测，而是随意监测试验，未能掌握光纤光栅传感技术的操作方法，没有严格遵循相关规范标准，影响桥梁工程质量评定和控制。3.2 监测人员方面桥梁结构健康监测机构忽视监测队伍建设，监测人员素质偏低，一些工作人员不具备专业资格证书，对光纤光栅传感技术的使用不熟练，数据处理、误差控制工作不到位。或者监测过程中缺乏严谨的作风和工作态度，职业道德偏低，出现数据造假现象，影响桥梁结构健康监测结果的准确性。3.3 监测过程方面由于缺乏专业技术知识，或者工作人员责任心较低。桥梁结构健康监测时，监测部位不全面，取样不科学，监测部位和数量不够，从而影响桥梁结构健康监测和质量控制。4 光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用对策4.1 正确取样监测保证桥梁结构健康监测部位合理，监测部位应该具有一定代表性，要按照要求进行取样，明确监测部位，避免为节省时间而出现减少监测部位和数量的情况。以保证桥梁结构健康监测结果准确，实现对桥梁结构质量的有效控制。4.2 保证适宜的温度和湿度由于不同温度和湿度会影响桥梁结构健康监测结果，因此必须重视监测环境控制，提高监测结果的准确性。桥梁结构健康监测要避免在过高或者过低的温度中进行，合理控制湿度，防止在湿度过高或者过低情况下监测，降低温度和湿度对监测带来不利影响[3]。让光纤光栅传感技术有效发挥作用，确保监测结果准确，实现对桥梁工程质量的有效控制。4.3 合理取舍监测数据桥梁结构健康监测中，对同一部位不同批次监测所得数据，可能会有较大差异，需要对这些数据合理取舍。根据相关规范要求，对离散性较大数据进行取舍，有利于增强监测数据的准确性。检验过程中，如果发现存在差异较大的数据，或同一部位监测结果数据出现矛盾，这时不能对数据进行简单取舍，而应该查找原因。必要的话还需要复试和复验，获取更为准确的数据，确保桥梁结构健康监测结果准确，从而更为准确地掌握工程情况。另外还要减少监测误差。每一项操作按规范要求进行，遵循光纤光栅传感技术操作流程。受到监测人员素质、环境、工程质量等影响，监测会出现误差。误差在允许范围内，可以将其作为监测结果；误差过大需再次监测，获取更加准确的数据，确保监测质量，促进光纤光栅传感技术得到有效利用，为控制桥梁工程质量提供依据。4.4 提高监测人员素质桥梁结构健康监测机构需配备专业人员，加强工作队伍建设，实行持证上岗，确保监测人员胜任桥梁结构健康监测工作。加强监测人员培训，不断提高他们的技能，掌握光纤光栅传感技术应用技巧[4]。做好考核工作，提高业务技能和道德素质，推动光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中得到有效应用。5 结语总之，对整个桥梁工程建设来说，采取适当的方法做好健康监测工作，及时处理存在的质量缺陷，控制工程质量是一项十分必要的工作，具有重要的现实意义。今后在桥梁结构健康监测过程中，应该根据实际工作需要，采取适当的监测方法，规范各项操作，注重工作经验总结，提高监测人员素质，促进桥梁工程现场质量监测各项工作的有序进行，为确保桥梁工程质量提供依据，也为采取质量缺陷修复措施提供参考。光纤光栅传感技术是桥梁结构健康监测的一项重要技术措施，其应用具有积极作用和良好效果，实际工作中值得推广和应用。参考文献：张大光.公路与桥梁施工的质量控制策略分析[J].甘肃[1] 科技纵横，2014（12）：69-71.王龙，解晓光.基于 PFWD 碎石土路基压实快速检[2] 测与均匀性评价方法[J].哈尔滨工业大学学报，2013（2）：110-111.黄艳红.光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监[3] 测中的应用[J].铁路技术监督， 2007（11）：17-20.贾富贵.基于光纤光栅传感技术的桥梁结构健康监测[4] [J].交通科技，2014（5）：77-80.（编辑：姬瓅瓅）

第８卷第１期　２０１３年２月　智能系　ＣＡＡＩ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　统学报　ｏｎ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｖ０１．８　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１３　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３４７８５．２０１２０８００２　网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１５３８．ＴＰ．２０１３０１２５．１５２８．０１２．ｈｔｍｌ　

非平衡集成迁移学习模型及其　

在桥梁结构健康监测中的应用　

于重重　一，吴子琚　，谭励　，涂序彦　，田蕊　

（１．北京工商大学计算机与信息工程学院，北京１０００４８；２．北京科技大学计算机与通信工程学院，北京１０００８３）　

摘要：在桥梁结构健康监测与状态评估过程中所获得的桥梁结构数据库常存在间断性异常或缺损，且不同样本分　类数据不均匀，难以在信息缺失、数据分布失衡的情况下完成对桥梁结构健康的监测与状态评估．针对这一问题，在　改进相似性度量函数的ＳＯＭ聚类算法和非平衡集成迁移学习算法的基础上。提出了一种改进的迁移学习模型．通过　对实际监测数据的分析，该迁移学习模型的分类精度随着目标数据集所占比例的不断增加而提高，验证了该模型的　有效性和科学性．　关键词：非平衡集成迁移学习算法；ＳＯＭ算法；迁移学习模型；桥梁结构健康监测　中图分类号：ＴＰ３９１　文献标志码：Ａ文章编号：１６７３４７８５（２０１３）０１－００４６－０６　

Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　

ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

ＹＵ　Ｃｈｏｎｇｃｈｏｎｇ　，ＷＵ　Ｚｉｊｕｎ　，ＴＡＮ　Ｌｉ　，ＴＵ　Ｘｕｙａｎ　，ＴＩＡＮ　Ｒｕｉ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　

第５卷第６期　２００８年１２月　现代交通技术　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０Ｉ．５　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２ｏ０８　

人造卫星定位系统在桥梁结构健康监测　

系统中的应用　

——以香港悬索体系桥梁为例　

刘正光－。黄启远　（１．茂盛（亚洲）工程顾问有限公司，香港；２．香港路政署，香港）　

摘要：为增强桥梁结构的健康监测工作，香港特别行政区政府路政署将ＧＰＳ应用于青马大桥、汲水门大桥、汀　九大桥的健康监测系统中，其主要任务是测量４座悬吊体系桥梁、桥身和桥塔瞬间位移，进而推算其相应的导量　（截面中线）位移及各相应主要构件的应力状况。该文主要介绍路政署于青马管制区内所安装的ＧＰＳ监测系统，　并对有关ＧＰｓ信息在桥梁结构健康监测中的应用，如风力效应监测．温度效应监测，交通荷载效应监测和各主　要构件的应力监测等进行介绍，最后对监测结果进行分析和评估。　关键词：悬吊体系桥梁；人造卫星定位系统；结构健康；监测系统；结构评估　中图分类号：Ｕ４４１．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９８８９（２００８）０６—００２２—０６　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｈｅａｌｔｈ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃａｂｌｅ－Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅｓ　ｉｎ　Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ　

Ｌｉｕ　Ｚｈｅｎｇｇｕａｎｇ　，Ｈｕａｎｇ　Ｑｉｙｕａｎ　（１．Ｍａｕｎｓｅｌｌ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ　Ａｓｉａ　Ｌｔｄ　ＡＥＣＯＭ，ＨＫＳＡＲ；２．Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙｓ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＨＫＳＡＲ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｈｉｇｈｗａｙｓ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ　Ｒｅｇｉｏｎ　ｈａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｗｏｒｋｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｓｉｎｇ　Ｍａ　ｂｒｉｄｇｅ，Ｋａｐ　Ｓｈｉｕ　Ｍｕｎ　ｂｒｉｄｇｅ，Ｔｉｎｇ　Ｋａｕ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　Ｓｔｏｎｅｃｕｔｔｅｒｓ　ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｔａｓｋ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｉｓ　ｔｏ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｄｅｃｋｓ　ａｎｄ　ｔｏｗｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｆｏｕｒ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｓｏ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｄｅｃｋ　ｃｅｎｔｒｅ　ｌｉｎｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｍａｊｏｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ＧＰＳ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｓｉｎｇ　Ｍａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｗａｙｓ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＧＰＳ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｗｉｎｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｒａｆｆｉｃ　ｌｏａｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｍａｊｏｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｅｔｃ．Ｓｏｍｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ；ＧＰＳ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｌｔｈ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　

光纤光栅传感器及其在桥梁结构健康监

测中的应用姓名：朱少波学号：U201115536

班级：电气中英1101班

2015年1月23日星期五摘要：作为20世纪测试领域的重大发明，光纤光栅传感技术得到了快速发展，并已经成

为诸多领域的前沿研究与应用方向。本文主要介绍了相关产业化企业近年来基于光纤光栅感

知元件发展起来的系列传感器、部品、重大土木工程结构健康监测的应用以及项目研究与产

业化状况。主要包括：光纤光栅系列直接传感器、光纤光栅间接传感器、光纤光栅传感部品

（结构）与结构健康监测的光纤光栅传感网络与集成系统及其在大型桥梁结构健康监测中的

应用。最后，介绍了课题组与相关企业在该方向的项目研究、国际合作与产业化情况，并指

出该方向的主要研究与应用方向。

关键词：光纤光栅传感器，桥梁结构，健康监测

1.引言

重大桥梁工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长

期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积

累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下引发灾难性

的突发事故。因此，为了保障结构的安全性、完整性、适用性与耐久性，对重大桥梁工程结

构增设长期的健康监测系统，以监测结构的服役安全状况，并为验证结构设计、施工控制以

及研究结构服役期间的损伤演化规律提供有效的、直接的手段，并实时监测其服役期间的安

全状况、避免重大事故的发生。结构健康监测已经成为世界范围内重大桥梁结构工程的前沿

研究方向。

然而，重大桥梁工程结构和基础设施体积大、跨度长、分布面积大，使用期限长，传统

的电学量传感设备组成的长期监测系统性能稳定性、耐久性和分布范围都不能很好地满足实

际工程需要。随着智能感知材料的发展,高性能传感器及其测试技术为结构智能健康监测系

统的研究与发展提供了崭新的途径，尤其是以光纤光栅为代表的光纤传感元件的出现与发展，

更为这一热点课题提供了广阔的生机。光纤通信技术和光纤传感技术在20世纪后半叶至21世纪初期的几十年里日新月异，极大地推动了人类社会的进步。光纤传感技术随着光通