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橋梁施工及運（yùn）營階段智能健康監測與（yǔ）控製技術
更新時間：2021-04-10 17:51
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    橋梁在施工和運營過程中（zhōng）難免會遇到（dào）各種問題，而智能健康監測有控（kòng）製技術能夠及時有（yǒu）效（xiào）的解決該過程中存在的問題。本文對智能健康技（jì）術係統中的傳感器及其優化布置技術、數據自動采（cǎi）集與傳（chuán）輸技術、結構仿真技術及橋梁診斷（duàn）評估技術進行了論述，並且指出了橋梁智能健康技術係（xì）統（tǒng）存在的一些問題。 
　　【關鍵詞】橋梁；施工；運營；智能健康；監測控製技術 
　　1 智能健康監測與控（kòng）製技術係統概念 
　　橋梁智能（néng）健康監測與控製技術是一項（xiàng）係統性技術，涉及到檢測、計算機、通訊、網絡及人（rén）工智能領域等，在橋梁智能監測和控製中包（bāo）括（kuò）測（cè）試技術、數據自動采集與傳輸技術、結構仿真分析（xī）技術及橋（qiáo）梁診斷評（píng）估技術。其過程為橋梁（liáng）的施工及（jí）運營（yíng）過程中采集關鍵部位的實時數據，遠程傳輸到分析計算機係統（tǒng）中進（jìn）行分析，再輸出相應的監測結（jié）果，並給出合理的下一步（bù）施工技術方案或橋梁結構安全狀態（tài）和預警，以指導施工及運營。 
　　2 智能健康監測與控製技術係（xì）統在橋（qiáo）梁施工與運營中的（de）作（zuò）用 
　　2.1 技術係統在橋梁施工階段的主（zhǔ）要作用 
　　橋（qiáo）梁在施（shī）工階段控製不當可能會引起橋梁線形變形、內力狀態不符（fú）合設（shè）計要求、施工精度不足等問題（tí），應用橋梁智能（néng）健康監測技術係統，監測（cè）實際每一步施工（gōng）工序，獲取現場關鍵點的參數值，對橋（qiáo）梁結構進行（háng）實時的理論分析和（hé）驗算，根據分析的結果輸出相應的施工控製指令，並能夠分析施工過程中各（gè）類誤差積（jī）累情況，提高施工的精度，最終實（shí）現控製（zhì）施工（gōng）質量的（de）目的。 
　　2.2 技（jì）術係統在橋梁運營階（jiē）段的主要作用 
　　橋梁在完工之後，其運營的質量（liàng）效（xiào）果如何，是（shì）政府（fǔ）部門及人們極為關注（zhù）的（de）問題。橋梁在經曆溫度變化、風雨侵蝕、車輛碾壓等作用（yòng）後能否保持在原有的設計要求範圍內，是否存在隱蔽性損傷等都是技術係統（tǒng）要辨別的。技術係統通過實時檢測，及時發現問題所在（zài），並輸出相應的控製指令，施工人員根據輸出結果針（zhēn）對問題（tí）部位進行補救調整。 
　　3 智能健康監測與控製的主要技術內容 
　　3.1 傳感器及其（qí）優化布置技術 
　　傳感器是技術係統開始的源頭，所以要求其具有良好（hǎo）的性能，如良好的可靠（kào）性、高（gāo）度的（de）敏感性及短時反應，以達到快速、準確、如實的反映出橋梁測試部位的信息。同時，要求傳感器不易受周圍環境影（yǐng）響，耐久性好（hǎo）及低噪（zào）音等。根據監測目的不同，傳感器可以（yǐ）分為五種。1）環境（jìng）監測，主要監測的（de）是橋梁環（huán）境包括溫度、濕度、有害氣體等，此類數據的監測（cè）收集是為了評估橋梁的耐久性能；2）幾何監測，橋（qiáo）梁不論在施（shī）工還是運營階段都需要及時的（de）記錄下幾何變化，包括平麵數（shù）據和豎向數據，尤其在施工階段有效的監測數據和結果輸出，能夠從根本上避免橋梁發（fā）生大的建築問題；3）載荷監測，其監（jiān）測對象包括（kuò）風載、地震載荷及交（jiāo）通載荷等，主要是應用在橋梁運營階（jiē）段；4）結構靜、動（dòng）力（lì）反應監測，結構靜力監測主要針對溫度（dù）、不均勻（yún）沉降引起的橋梁反應，為運營的可靠（kào）性評估（gū）提供數據。結構動力監測主要針（zhēn）對的是風載、交通載荷（hé）等動（dòng）態性（xìng）載荷作用下的位移、速度及加速反應譜等 ；5）結構（gòu）材質監測，結構（gòu）材質監測是采用現代無損監測技術對橋梁（liáng）構成材料監測，包括混凝土和鋼（gāng）筋強度變（biàn）化和損傷情況（kuàng）等。采用（yòng）的技術手段有超（chāo）聲波發、電位差（chà）法、射線法等。目前由於監測技術難以嵌入到橋梁結構中，所以該監測技術主要通過人工方（fāng）式進行。 
　　3.2 數據自動采集（jí）與傳輸技術 
　　數據采集是指將傳感器采集的數據進行（háng）信號放（fàng）大，轉換成模擬量或以數字（zì）記錄。而傳輸（shū）技術則是（shì）指將采集（jí）轉換的數據通過（guò）遠程傳送的（de）方式傳送到監控中心，以達（dá）到實時監控和遠程監測的目標。數據的采集需要兩種（zhǒng）技術作為支（zhī）撐，即數（shù）據采集的硬件技（jì）術（shù）和軟件（jiàn）技術，數據（jù）采集的硬件技術（shù）包括信號調理、模數轉化、貯存器等。其中貯存器主要起到數據（jù）緩衝作用，有時還（hái）可長期貯（zhù）存數據。數（shù）據采集軟（ruǎn）件技術能夠（gòu）實現采集係統與計算機之間的（de）數據（jù）通信，為用戶（hù）提供係（xì）統操作界麵等作用。 
　　數據的傳輸技術要對實時（shí）監測數據進行壓縮，並通過一定的方式傳輸到處（chù）理中心。同時傳（chuán）輸技術還要能夠實現“機-機”和“人-機”相互傳輸數據的功能。目前無線通訊技術及無線網絡技術的發展為數據的傳輸提供了更為（wéi）方便、高效的實時監控方式，但是（shì）真正實現廣泛（fàn）應用還需要（yào）進一步的研究。 
　　3.3 結構仿真技術 
　　現代計（jì）算機技術的發（fā）展，為我們模擬實際的橋梁結構提供了很好的平台。通過結（jié）構仿真技術，可以根據不同條件和要求（qiú），建立各種合理的結構力（lì）學分析模（mó）型或者構建不同形式（shì）構件組成的橋梁，來模擬（nǐ）分析預測橋梁結構力學中的關鍵點（diǎn），以確（què）定所需的材料強度特性。在橋梁施（shī）工階段，通過仿真模擬可以突（tū）出（chū）施（shī）工中的重點和難點（diǎn），以便采取（qǔ）有效措施（shī）避免問題發生。而在橋梁運營階段，以采集到（dào）的數據為基礎建立相關的全橋（qiáo）或關鍵結構部件的內部（bù）應（yīng）力變化模型，而實現結構內力的重點監測的目的。結構仿真技術也可以實現全橋梁空間結構的模擬、加載（zǎi）時橋梁真實表現模（mó）擬等。 
　　4 橋梁診斷評估技術 
　　橋梁的診斷評估主要內容有承載能力、運營狀態（tài）和耐久能力三方麵的內容。在承載能力方麵，其目的在於尋找確定出橋（qiáo）梁結（jié）構（gòu）的實際安全儲備，以免在使用中發生（shēng）災難性事故，是評估的主要內容。在運營狀態方（fāng）麵，它與橋梁結構變形（xíng）、裂縫及振動等相關，是指（zhǐ）結構在正常的工作和定期護養的情況下的運營狀態的評估。在耐久能力方麵，主要的內容是評估橋梁的損傷情況和成因，及相應的材料的物理特性的變化。橋梁損傷可（kě）粗略分成結構性和非結（jié）構性損傷，就混凝土結構來說，結構性損傷（shāng）主要（yào）是值混凝土的開裂、剝落及鋼筋的腐蝕等，而非（fēi）結構性損傷常會對橋梁的運營狀（zhuàng）態和耐久能（néng）力（lì）產生（shēng）影響。橋梁的診斷評估工作是一個分（fèn）析辨別數據，利用有效（xiào）數據對橋梁進行評（píng）判的過程。目前，結構仿（fǎng）真技術的數據檢測，多采用動力檢測方法，如係統識別法、動力指紋法及神經網絡法等。 
　　5 存在的問題 
　　在（zài）橋梁的施（shī）工過程並不是所有（yǒu）的（de）方法（fǎ）都能實現，主要原因在於一些監測技術的實現（xiàn）需要有（yǒu）全麵的（de）布置，如傳感器的布置，很難實現在施工過程中（zhōng）全麵布置。同時一些關鍵技術仍有待深（shēn）入的研究，包括1）係統硬件的穩定性、可靠（kào）性及抗幹擾能力（lì），橋梁搭（dā）建的地方常出在較為惡劣的環境條件下，如何（hé）有（yǒu）效的保證係統硬件的長期有效是值得廣大相關工作者研究的，目前雖然光纖傳感技術有不錯的表現，但是真正實（shí）現（xiàn）普及應用還需一段時間（jiān）。2）傳感器的優化配置及數據處理，隻（zhī）有傳感器（qì）有效配置才能實現真實反映橋梁結構變化（huà），而數據的（de）及時有效處理（lǐ）才可實現準確高效的實施施工控製或預測補（bǔ）救。3）規範與（yǔ）標準，目（mù）前針對（duì）與橋梁智能監測技術的規範和（hé）相關標準缺乏。4）有待發展（zhǎn）成熟有效（xiào）的健康（kāng）診斷和安全評估方法。 
　　6 結語 
　　橋梁在施工和運營（yíng）階段的智能監測和控製技術綜合了各（gè）方的技術優勢，而實（shí）現施工和運營實時（shí）智能健（jiàn）康（kāng）監（jiān）測的目的。該技術係統的實現能（néng）很好的解決橋梁在施工和運營階段的（de）所遇（yù）到的問題，但是仍舊麵（miàn）臨著很多的（de）問題，需要研究者們進（jìn）一步深入研究。 
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