1. 前言

隨著大跨度（dù）橋梁設計（jì）的輕柔化（huà）以及結構形式與功能的日趨複雜化，大橋的安全（quán）運營成為（wéi）關係到一個國家的交（jiāo）通、經濟（jì）發展、軍事乃至人民生命財產安全的重要問題（tí）。由於大型（xíng）橋梁工程往往具（jù）有投（tóu）資大、設計周期和使用年限長、工作環境（jìng）惡劣，易（yì）受周（zhōu）圍大氣、溫度、濕度及天氣的影（yǐng）響而發生劣化以及長期承受動荷載等特點，因而對橋梁結構進行長期的（de）健康監測及狀態評估就顯得非常必要。大型橋梁的健康監測技術也因（yīn）此成為（wéi）橋梁工程學科研究和發展的一個重要領域［1-4］。隨著計算機技術、通訊技術及各類傳感技術的發展而發（fā）展起（qǐ）來（lái）的（de）大型橋梁（liáng）健康監測係統。力求對橋梁結構進行整體行為的實時（shí）監控和結構狀態的智能化評估。在結構經過長期使用或遭遇突發災害之後，通過測定其關鍵性能指標， 獲取反（fǎn）映結（jié）構狀況的信息（xī）， 分析其是否受到損傷。如果受到損傷，還要分析其可否（fǒu）繼續使用以（yǐ）及剩餘壽命等。這對確保橋梁的運營安全，及早發現橋梁病害，延長（zhǎng）橋梁的使用壽命（mìng）起著積極的作用。

2. 國內外發展狀（zhuàng）況

隨著經濟技術的發展,特別是交通網絡的迅速發（fā）展,橋梁建設的形式和功能更加複雜多樣（yàng）化。加之跨度也愈來愈大,以及建橋的巨大投資和它在國民（mín）經濟發展中的重要作用,橋梁（liáng）的健康監測和安全（quán）評估工作（zuò）已愈來（lái）愈受到人們的重視。各項重大工程結構中，橋梁結構健康監測（cè）得到（dào）了最廣（guǎng）泛、最深入和最係統的研究與發展。國外橋梁（liáng）結構健康監測（cè）係統的應用可以追（zhuī）溯到20世紀80年代，當時英國對北愛爾蘭的新Foyle橋安（ān）裝了（le）長期監測儀器和自動數據（jù）采集係統，以校驗大（dà）橋的設計並測量和研究車輛、風和溫度荷載對大橋動（dòng）力響應的影響［5］。此後（hòu），隨著現代傳（chuán）感技術、計算機技術與通訊技術、信號分析與處理技術（shù）及結構分析理論的迅速發展，許多國家都開始在一些新建和既有大型橋梁中建立結構健康監測係統。我國橋梁結構健康監測係統的研究與應用始於20世紀90年代，依托我國大規模基礎建設的背景，橋梁結構健康（kāng）監測係統在我國（guó）得到了廣（guǎng）泛的應用。與世界其他國家相比，我國橋梁結（jié）構（gòu）健康監測係統具（jù）有數量多（duō）、橋梁規（guī）模大的（de）特點。

從目前國內外主要我國橋梁結構健康監測係統的監測目標（biāo）、係統功能及係統運營等方麵來看，目前國（guó）內外（wài）我國橋梁結構健康監測係統的研（yán）究與（yǔ）應用已取得了許多可喜的成果與（yǔ）進展，主要（yào）反映（yìng）在

2.1 通過測量結構各種響應的傳感裝置，能夠（gòu）獲取反映結構行為的記錄，並在橋梁通（tōng）車運行後連續或間斷地監測結構狀態，力求獲取橋梁結構連續、完整（zhěng）的信（xìn）息；有的新建橋梁監測係統從施工監（jiān）控開始，力求（qiú）連續、完整的記錄結（jié）構信息。

2.2 監測內容全麵，除了監測結構本身的狀態和行為（應（yīng）力、位移、傾角、加速度、動力特（tè）性等）以外（wài），還強調對環境條件（風、地震、溫度、車輛荷載等）的監測和記錄分析，同時試圖通過橋梁正常車輛與風荷載（zǎi）下的動力效應來建立結構的總體監測（cè）樣本，並借此開發實時的結構整體性與安全性評估技術。

2.3 監測儀器多樣、先（xiān）進，監測功能不斷完善，很多監測係統都具有快速大容量的信息采集、通（tōng）訊與處理（lǐ）能力，並（bìng）實現網絡共享。另外，一些重要設施的工作狀態，例如斜拉索振動控（kòng）製裝置等也納入長期監測的範圍。

2.4 橋梁結構損傷診斷理論與方法的（de）研究取得了一定的進展，開發了各種基（jī）於頻率、陣（zhèn）型（xíng）、陣型曲率、應變陣（zhèn）型等改變量的損傷檢測和定位技術，在處理方法上探尋了MAC（模（mó）態保證標準）法、COMAC(坐標模態保證標準)法、柔度矩陣法、矩陣振（zhèn）動修正法、非線性迭代法等。這些（xiē）方法各具特色，在局部的範圍內取得裏積極的效果。近年來（lái），更多的研究者（zhě）致力於采用智能算法和先進信號分析來發展結（jié）構損傷診斷方法，例如（rú）神經網絡方法、模糊數學方法、小波變形方（fāng）法、Hilber-Huang變換（huàn）方法和信息融合技術等。
2.5 發展了包括可靠度理論、層次分（fèn）析法、模糊理論、神經（jīng）網絡、遺傳算法以（yǐ）及專家係統等多種橋梁結構狀態評估方法，並且初步應用於橋梁結構健康監測係統中（zhōng）。

傳統的橋梁檢測方法主要依（yī）賴於動靜載試驗和檢測人員的現場目測。輔以混凝土硬度實驗、超聲（shēng）波探（tàn）測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。進入20世紀90年代，隨著現代傳感與通信技術的發展，無損檢測技（jì）術更是出現了前所未（wèi）有的發展勢態，先後湧（yǒng）現出一（yī）大批新的檢（jiǎn）測方法和檢測手段，使無損檢測技術向著智能化、快速（sù）化、係統化的方向發展。近年（nián）來，致力（lì）於橋梁檢測，研究人員提出了許（xǔ）多成功的方法對橋梁進行非破壞性評估。一些新的方法被廣泛應用於橋梁檢測，如利用相幹（gàn）激光雷達（dá）測試橋（qiáo）梁下部結構的撓度，利用全息幹涉儀（yí）和激光（guāng）斑紋測量橋體表麵的變形狀態（tài），利用（yòng）雙波長遠紅外成像檢測橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動檢測鋼索、鋼梁和混凝土內部的鋼筋等等（děng）。隨著振動實驗模態分析技術的發展，運（yùn）用振動測試數據進（jìn）行結構動力模型（xíng）修正理論得到了充（chōng）分的發展，為橋梁結構（gòu）的安全檢（jiǎn）測（cè）開（kāi）啟（qǐ）事了新的途徑。 基於振動模態分析技術，人們研究發現，結構的（de）動力響應（yīng）是整體狀態的一種度量，當（dāng）結構的質量、剛度（dù）和阻尼特性發生變化時，選用結構振動模態作為（wéi）權數，對結構（gòu）損傷前後的模態變化量進（jìn）行加權（quán）處理，從而實現對單元損傷的識別和有效定（dìng）位。

3. 健康監測係統在大跨度橋梁中的應用

隨著現代傳感技術、計算機與通訊技術、信號（hào）分析（xī）與（yǔ）處理技術及結構振動分析理論的迅速發展，大型橋梁結構健（jiàn）康監測與安全評價技術，近年來已（yǐ）成為國內外工程界和學術界關注的熱點。