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一、国外桥梁结构健康监测研究与应用
在各国政府的资助下,经过近10 年的发展,智能传感器、智能分布式传感器、无线传感器及其网络、基于MEMS的传感器得到了迅速的发展,取得了丰富的研究成果,并开始在桥梁结构健康监测系统中得到应用。在各种智能传感器中,光纤传感器、压电传感器和无线传感器及其网络得到工最广泛、最系统的研究;此外,还针对桥梁结构主要损伤特点,开发了具有特殊功能的传感器,如裂缝传感器等。
发展智能传感器的目的是尽可能多地获得结构的真实响应和荷载,从而为结构损伤识别、模型修正和安全评定提供大量的基础数据。早在20世纪50 年代就开展了结构损伤识别的研究,这一时期结构损伤识别方法的研究基础是模态分析理论。1996 年,美国国家实验室Los Alamos总结了各种损伤识别方法,但由于结构模态参数对其损伤并不敏感,近年来,更多的研究耊悉田盟能簋法煎先进信曼分析来壟展结构损伤识别方法,如基于神经网络结构损伤识别方法、小波包变换损伤识别方法、Hilbert-Huang变换损伤识别方法、基于信息融合技术的结构损伤识别方法等。然而,由于结构损伤的局部特性,加之所布设的传感器的数量远远低于结构的自由度数,使准确识别、定位和评价结构损伤仍有相当的难度,结构损伤识别仍是结构健康监测领域具有挑战性的研究课题。
桥梁结构健康监测系统主要监测桥梁结构的响应、环境和荷载。其中,响应主要包括应变、位移、加速度、倾角、裂缝;环境主要包括温度、湿度、锈蚀、风速、地震、雨量;荷载主要包括车辆荷载。
采用的传感器主要有光纤传感器和应变片(应变)、位移传感器或激光位移计或水平仪或GPS系统(位移)、加速度传感器(加速度)、倾角仪(倾角)、热电偶(温度)、湿度计(湿度)、电位计(锈蚀)、风速仪(风速)、动态地秤(车辆)、拾振仪(地震)、雨量计(雨量)。此外,也采用声发射系统对吊杆、拉索等构件进行损伤监测。
根据桥梁建造时间和安装健康监测系统的时间,还分为在新建桥梁上安装健康监测系统和在在役桥梁上安装健康监测系统。对前者而言,健康监测系统能够记录桥梁结构真实的受力状态;而对后者而言,健康监测系统只能记录活荷载下桥梁结构的受力状态,而无法记录结构自重产生的应力状态,目前还缺乏相应的基于健康监测系统的在役桥梁结构的安全评定方法。
二、国内桥梁结构健康监测研究与应用
我国桥梁结构健康监测系统的研究与应用始于20世纪90 年代,依托我国大规模基础设施建设的背景,桥梁结构健康监测系统在我国得到了广泛的应用。与世界其他国家相比,我国桥梁结构健康监测系统具有数量多、桥梁规模大的特点。
20世纪90 年代初期,我国开始较系统地开展结构健康监测系统的研究。在国家863高新技术计划项目,国家自然科学基金重大国际合作项目,中国石油总公司、交通部西部建设科技计划项目等的资助下,国内一些研究小组系统地开展了结构健康监测的研究。我国对结构损伤识别方法的研究相对较少,目前,哈尔滨工业大学、同济大学、华中科技大学、东南大学、大连理工大学以及福州大学等对结构损伤识别方法进行了一定的研究。
我国上海杨浦大桥、徐浦大桥等较早地安装了结构健康监测系统,但健康监测系统采用的是传统传感器技术。1998 年,交通部公路科学研究所进行虎门大桥的成桥试验,在成桥试验结束后将部分测试系统固定在桥梁结构上,以做长期结构健康监测,并连续进行了多年的定期监测。1999 年,我国江阴大桥建成,并安装了健康监测系统,随着健康监测系统研究的发展,2004 年,对该系统进行了改造升级。1997 年,我国香港青马大桥安装了较完整的健康监测系统,健康监测系统包括风荷载监测传感器、环境温度和湿度监测传感器、结构振动位移和加速度传感器、结构变形监测传感器、结构应变监测传感器等,并采用GIS对桥梁健康监测系统采集的数据进行管理和显示,该健康监测系统从施工阶段开始实施,至今运行良好。
一、国外桥梁结构健康监测研究与应用
在各国政府的资助下,经过近10 年的发展,智能传感器、智能分布式传感器、无线传感器及其网络、基于MEMS的传感器得到了迅速的发展,取得了丰富的研究成果,并开始在桥梁结构健康监测系统中得到应用。在各种智能传感器中,光纤传感器、压电传感器和无线传感器及其网络得到工最广泛、最系统的研究;此外,还针对桥梁结构主要损伤特点,开发了具有特殊功能的传感器,如裂缝传感器等。
发展智能传感器的目的是尽可能多地获得结构的真实响应和荷载,从而为结构损伤识别、模型修正和安全评定提供大量的基础数据。早在20世纪50 年代就开展了结构损伤识别的研究,这一时期结构损伤识别方法的研究基础是模态分析理论。1996 年,美国国家实验室Los Alamos总结了各种损伤识别方法,但由于结构模态参数对其损伤并不敏感,近年来,更多的研究耊悉田盟能簋法煎先进信曼分析来壟展结构损伤识别方法,如基于神经网络结构损伤识别方法、小波包变换损伤识别方法、Hilbert-Huang变换损伤识别方法、基于信息融合技术的结构损伤识别方法等。然而,由于结构损伤的局部特性,加之所布设的传感器的数量远远低于结构的自由度数,使准确识别、定位和评价结构损伤仍有相当的难度,结构损伤识别仍是结构健康监测领域具有挑战性的研究课题。
桥梁结构健康监测系统主要监测桥梁结构的响应、环境和荷载。其中,响应主要包括应变、位移、加速度、倾角、裂缝;环境主要包括温度、湿度、锈蚀、风速、地震、雨量;荷载主要包括车辆荷载。
采用的传感器主要有光纤传感器和应变片(应变)、位移传感器或激光位移计或水平仪或GPS系统(位移)、加速度传感器(加速度)、倾角仪(倾角)、热电偶(温度)、湿度计(湿度)、电位计(锈蚀)、风速仪(风速)、动态地秤(车辆)、拾振仪(地震)、雨量计(雨量)。此外,也采用声发射系统对吊杆、拉索等构件进行损伤监测。
根据桥梁建造时间和安装健康监测系统的时间,还分为在新建桥梁上安装健康监测系统和在在役桥梁上安装健康监测系统。对前者而言,健康监测系统能够记录桥梁结构真实的受力状态;而对后者而言,健康监测系统只能记录活荷载下桥梁结构的受力状态,而无法记录结构自重产生的应力状态,目前还缺乏相应的基于健康监测系统的在役桥梁结构的安全评定方法。
二、国内桥梁结构健康监测研究与应用
我国桥梁结构健康监测系统的研究与应用始于20世纪90 年代,依托我国大规模基础设施建设的背景,桥梁结构健康监测系统在我国得到了广泛的应用。与世界其他国家相比,我国桥梁结构健康监测系统具有数量多、桥梁规模大的特点。
20世纪90 年代初期,我国开始较系统地开展结构健康监测系统的研究。在国家863高新技术计划项目,国家自然科学基金重大国际合作项目,中国石油总公司、交通部西部建设科技计划项目等的资助下,国内一些研究小组系统地开展了结构健康监测的研究。我国对结构损伤识别方法的研究相对较少,目前,哈尔滨工业大学、同济大学、华中科技大学、东南大学、大连理工大学以及福州大学等对结构损伤识别方法进行了一定的研究。
我国上海杨浦大桥、徐浦大桥等较早地安装了结构健康监测系统,但健康监测系统采用的是传统传感器技术。1998 年,交通部公路科学研究所进行虎门大桥的成桥试验,在成桥试验结束后将部分测试系统固定在桥梁结构上,以做长期结构健康监测,并连续进行了多年的定期监测。1999 年,我国江阴大桥建成,并安装了健康监测系统,随着健康监测系统研究的发展,2004 年,对该系统进行了改造升级。1997 年,我国香港青马大桥安装了较完整的健康监测系统,健康监测系统包括风荷载监测传感器、环境温度和湿度监测传感器、结构振动位移和加速度传感器、结构变形监测传感器、结构应变监测传感器等,并采用GIS对桥梁健康监测系统采集的数据进行管理和显示,该健康监测系统从施工阶段开始实施,至今运行良好。