[发明专利]四位一体的桥梁安全与健康监测系统

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，涉及一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，尤其涉及一种针对大型复杂桥梁的四位一体的桥梁安全与健康监测系统。

背景技术

桥梁工程投资规模大，服役期长，由于质量缺陷、荷载效应、环境侵蚀、材料老化、自然灾害和人为灾害等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构的损伤累积、抗力衰减和功能退化，从而使桥梁的安全性、适用性与耐久性下降，造成频繁养护维修，极端情况下可能引发灾难性事故。

为确保大型桥梁建造与运营全过程的可靠性，加强桥梁健康状况的监测和评估，实施全寿命周期的主动监控与养护管理，受到桥梁工作者与全社会的广泛关注。桥梁施工监控、荷载试验、巡检养护、健康监测是常采用的4大技术措施。

桥梁施工监控是指在施工过程中对大桥“施工→量测→识别→预测→调整→预告→施工”的循环过程，以保障大桥的施工安全，并使得最终成桥内力和线形尽可能与设计理想状态。

桥梁荷载试验是指在桥梁结构施工完成交付运营前，或在桥梁使用过程中，进行成桥静动载荷试验，测试大桥在标准最不利活载下结构的响应，评定结构的工作状况和承载能力，以验证桥梁结构是否满足设计要求，是否可交付使用或是否可继续使用。

桥梁健康监测是指在运营过程中对大桥的作用源(输入)和作用响应(输出)进行监测，以评价大桥的适用性、安全性和耐久性，制定主动、预防性的养护措施，是桥梁检测的发展方向。

巡检养护是传统的桥梁检测方法，通过人工目测和人工无损检测技术，实现对桥梁技术状况评定，制定养护措施。

施工监控、荷载试验、巡检养护、健康监测分别为桥梁建造和运营期内不同阶段的工作内容，具有不同的结构状态。在设计、实施、维护等过程中，由于缺乏统一规划，大多现有的各个系统以独立的方式进行运作，缺乏全盘考虑，具有如下缺点：(1)健康监测系统部分仪器设备与施工监控、荷载试验、巡检养护重复设置，部分仪器在主体工程完工后不便或不能安装，不能事先考虑与交通工程、主体工程的衔接，造成破坏与浪费。(2)健康监测系统只能监测结构在使用阶段的各种响应，而对结构影响巨大的恒载效应及施工过程信息已经丢失，海量的健康监测数据称为“信息孤岛”。(3)由于软件、硬件，数据采集、管理，识别、评估的不统一，造成健康监测系统很难与巡检养护管理系统实质性融合，也不能有效整合施工监控、成桥荷载试验信息，使得投入巨资的健康监测系统的实用性有限。

发明内容

为了克服现有技术中存在的以上缺陷，本发明提供一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，该系统将工程阶段不同，服务目的不同的施工监控、荷载试验、巡检养护、健康监测四个系统进行实质性融合，实现四个系统的顺序衔接、硬件资源和信息资源共享。建立一个全面、实用、先进的桥梁安全与健康监测系统，该系统从监测信息的完整性、信息的衔接与综合利用、经济性等方面均是最合理的。

其技术方案为：一种四位一体的桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，包括施工监控系统、荷载试验系统、巡检养护系统、健康监测系统四个部分：

1、施工监控系统

在设计施工监控系统的传感器和数据采集系统时，其选型、位置和数量应尽量兼顾健康监测系统的需要。部分传感器和数据采集系统可共用，但也应注意到两者对硬件要求的会有所不同。健康监测系统的部分仪器也必须在施工阶段预埋、预留。

桥梁施工监控中的各个关键静力工况，通过实测或参数识别，获得结构实际参数，建立一个包含内力、线形误差在内的、更能真实反映桥梁实际状态的分析模型。该模型为建立桥梁健康监测系统的初始基准有限元模型提供了重要参考。

2、荷载试验系统

除作为通车前最后一道全面检测工序外，还强调荷载试验的参数识别、模型建立与修正和建立初始基准状态等功能，为后期健康监测系统提供关键依据。

荷载试验也可以利用健康监测系统来获取部分测试结果，故现场工作量很小；也可以根据荷载试验独立的测试系统结果校准健康监测系统。

3、巡检养护系统

健康监测系统与巡检养护系统结合，能够有效地掌握桥梁结构的健康状态。这个综合系统按照下面的策略进行建立：(1)状态的改变通过力学监测系统来获取基本信息。(2)损伤检测主要通过人工目视巡检与损伤传感器直接检测。