1、橋梁管理系統與結構健康監測橋梁管理系統橋梁管理系統(China) Bridge Management System(China) Bridge Management System（(C)BMS(C)BMS） &結構健康監測結構健康監測Structural Health MonitoringStructural Health Monitoring（SHMSHM）目的一：高效能橋梁養護管理的迫切需要目的一：高效能橋梁養護管理的迫切需要橋梁使用超過橋梁使用超過2525年即進入性能加速退化期年即進入性能加速退化期美、日等過在美、日等過在20-3020-30年間建設橋梁占到總橋梁數的年間建設橋梁

2、占到總橋梁數的70%70%，在其后的，在其后的20-3020-30年迎來巨大的橋梁養護工作年迎來巨大的橋梁養護工作美國總計約美國總計約7 7萬多座橋梁退化為缺損橋梁，每年維修資金萬多座橋梁退化為缺損橋梁，每年維修資金3030億美元億美元法國、德國和挪威，缺損橋梁比例分別達到法國、德國和挪威，缺損橋梁比例分別達到39%39%、37%37%和和26%26%歐洲各國用于橋梁維修費用占橋梁重建費用的歐洲各國用于橋梁維修費用占橋梁重建費用的0.5%1%0.5%1%，而在美國紐約，這個比例，而在美國紐約，這個比例高達高達8.5%8.5%事實數據：事實數據：橋梁結構作為重大社會基礎設施，其服役期可能會超過經

3、濟高速發展持續期。采用先進橋梁結構作為重大社會基礎設施，其服役期可能會超過經濟高速發展持續期。采用先進技術、高效合理地規劃和利用有限的資源，對基礎設施進行養護和管理，以保障結構在技術、高效合理地規劃和利用有限的資源，對基礎設施進行養護和管理，以保障結構在壽命期內的安全和使用，成為重要的社會需要和責任，壽命期內的安全和使用，成為重要的社會需要和責任，也是社會基礎設施管理工程的也是社會基礎設施管理工程的主要目的。主要目的。4 4同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民美國及日本橋梁齡構成已建橋梁數分布（%）USA, 70%, 30yrsUSA, 70%, 30yrsJapan, 70%,

4、 20yrsJapan, 70%, 20yrs我國橋梁結構的設計、施工技術隨著設計規范、分析計算、施工機械、我國橋梁結構的設計、施工技術隨著設計規范、分析計算、施工機械、施工工藝、施工監控等技術的進步而得到了較快的提升，可以適應橋梁安全施工工藝、施工監控等技術的進步而得到了較快的提升，可以適應橋梁安全的基本需求的基本需求但由于我國普遍存在但由于我國普遍存在“重建設，輕管養重建設，輕管養”的傾向，國內近年來在橋梁安全管的傾向，國內近年來在橋梁安全管養技術方面的發展和進步，遠不能適應我國橋梁全壽命安全管養的實際需求養技術方面的發展和進步，遠不能適應我國橋梁全壽命安全管養的實際需求我國橋梁中的我國橋

5、梁中的40%40%屬于屬于“老齡老齡”橋梁橋梁20042004年全國普查出危橋年全國普查出危橋1 1萬萬3 3千余座，總長千余座，總長4747萬延米萬延米橋梁結構維修、加固和重建費用巨大且逐年增加橋梁結構維修、加固和重建費用巨大且逐年增加我國我國橋梁運營中面臨的問題目的二：保障橋梁結構全壽命安全的需要超載問題超載問題耐久性問題耐久性問題（鋼筋腐蝕、凍融循環、堿骨料反應等）（鋼筋腐蝕、凍融循環、堿骨料反應等）疲勞問題疲勞問題突發事件突發事件（車船撞擊、地震、颶風等）（車船撞擊、地震、颶風等）養護資金緊缺、缺乏有效的管理養護資金緊缺、缺乏有效的管理因此，需因此，需對橋梁采取有效的檢測與評估、監測與

6、預警、維修與管理等技術措施，對橋梁采取有效的檢測與評估、監測與預警、維修與管理等技術措施，以以降低運營降低運營成本、延長橋梁結構的使用壽命、保障交通通暢成本、延長橋梁結構的使用壽命、保障交通通暢。國內國內“重建設、輕管養重建設、輕管養”的現象十分的現象十分普遍普遍橋梁的管理模式橋梁的管理模式（很落后）（很落后）和維護措施方面存在和維護措施方面存在諸多諸多問題問題具體包括具體包括：8 8同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民結構初期功能設定結構服役期性能退化預測，對策預案結構可能遭遇的災害及對策預案分析結構使用時其功能帶來的優缺點，并反饋給其它環節養護管理的基本周期與內容9 9同濟大

7、學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民數據庫養護管理工作的構成1010同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民 狹義目標：以最小的費用維持某結構在使用期狹義目標：以最小的費用維持某結構在使用期內的性能達到設計要求內的性能達到設計要求。 廣義目標：將對象基礎設施（群）使用期的性廣義目標：將對象基礎設施（群）使用期的性能維持在需求水準以上，同時使總體維護費用能維持在需求水準以上，同時使總體維護費用和對環境的影響控制在最小程度。（德國：路和對環境的影響控制在最小程度。（德國：路網層次的養護管理）網層次的養護管理）養護管理的目標11 11同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利

8、民養護管理中的結構壽命與維護費用單目標（單性能）單目標（單性能）維護費用關系圖維護費用關系圖1212LCCI（初期造價）（初期造價）M（維修管養費用）（維修管養費用）R（拆除費用）（拆除費用）多目標（多性能）多目標（多性能） 維護費用關系圖維護費用關系圖1313同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民l目的：跨越時間、空間、體制的界限，系統、及時、準確地提供目的：跨越時間、空間、體制的界限，系統、及時、準確地提供統一的信息，信息共享統一的信息，信息共享l作用：信息普及、信息共享、信息比較、信息標準化統一化、信作用：信息普及、信息共享、信息比較、信息標準化統一化、信息利用高效化息利用高

9、效化l功能要求：準確（最新信息）、客觀、充實、公平（開放性）功能要求：準確（最新信息）、客觀、充實、公平（開放性）l美國國家橋梁檔案美國國家橋梁檔案NBI-National Bridge InventoryNBI-National Bridge Inventory橋梁數據庫的目的與作用橋梁數據庫的必要性l正確的理論模型建立于豐富準確的數據之上正確的理論模型建立于豐富準確的數據之上加強研究考慮橋梁規劃、設計、施工、運營和拆除等各階段不同因素影響下的橋梁全加強研究考慮橋梁規劃、設計、施工、運營和拆除等各階段不同因素影響下的橋梁全壽命安全設計理論體系和方法壽命安全設計理論體系和方法加強橋梁結構安全關

10、鍵技術研發加強橋梁結構安全關鍵技術研發，包括：，包括：l針對典型結構、重要結構及復雜結構的安全性進行實時監測和預警的技術；針對典型結構、重要結構及復雜結構的安全性進行實時監測和預警的技術；l結構安全監測出現警報或到達規定檢測年限時的檢測和安全評估技術；結構安全監測出現警報或到達規定檢測年限時的檢測和安全評估技術；l結構安全性不能滿足要求時需要采用的維修加固技術結構安全性不能滿足要求時需要采用的維修加固技術建立國家橋梁數據庫和安全監控網絡體系，為制定國家橋梁結構安全策略提建立國家橋梁數據庫和安全監控網絡體系，為制定國家橋梁結構安全策略提供依據供依據具體指：具體指：廣義上包括在橋梁整個生命期內與安

11、全性相關的規劃、設計、施工、運營和拆除等技術。廣義上包括在橋梁整個生命期內與安全性相關的規劃、設計、施工、運營和拆除等技術。橋梁結構安全保障技術橋梁結構安全保障技術橋梁管理系統橋梁管理系統與巡檢養護與巡檢養護V.S.V.S.BMS：關于橋梁基本數據、橋梁檢測、橋梁狀況評估、橋梁結構退化預測、橋梁養：關于橋梁基本數據、橋梁檢測、橋梁狀況評估、橋梁結構退化預測、橋梁養護維護策略和管理計劃及經濟分析的計算機信息系統。護維護策略和管理計劃及經濟分析的計算機信息系統。橋梁管理系統的發展1967年美國Silver橋事故1968年，美國“國家橋梁檔案”（NBI）美國：PONTIS、BRIDGIT法國：Edo

12、uard英國：NATS日本：道路共用橋梁管理系統韓國：SHBMS中國：交通部的CBMS2000系統荷蘭：基于概率論方法的評估方法（基于可靠度的方法）荷蘭：基于概率論方法的評估方法（基于可靠度的方法）1717同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁管理系統的構成例：Pontis橋梁管理系統的發展橋梁管理系統的發展初期 用簡單的電子數據庫來代替復雜的橋梁管理資料其后 除橋梁數據庫外，還包括橋梁檢測、養護及維修信息，涵蓋各橋梁構件的檢測細節和詳細的等級劃分以及維修歷史等近期 增添了維護決策功能，即制定維護策略、進行維護優化等國內橋梁養護現狀 對橋梁養護維修知識不足 近年道路建設規模大、

13、管養資金緊張 目前，橋梁養護管理工作基本上還停留在建立技術檔案、清掃橋梁、疏通泄水管、修復損壞的欄桿和橋面鋪裝 即使進行檢查，主要也是人工目測或借助儀器檢測等巡檢養護措施。傳統的橋梁管養系統存在的問題需要大量人力、物力并有諸多檢查盲點主觀性強，難于量化乏缺整體性影響正常交通運行周期長、實時性差難以適應超大型橋梁檢測養護需要橋梁結構健康監測系統(SHM)1987年，英國在總長522 m的3跨變高度連續鋼梁Foyle橋上布設傳感器，以監測在荷載作用下大橋運營階段的動力響應結構健康監測系統是基于傳感、信息、結構分析技術的自動監測與評估系統，是從營運狀態的結構中獲取并處理數據以評價結構主要性能指標的有

14、效辦法。它結合了無損檢測和結構特性分析，可以診斷結構中的損傷發生及其位置，并估計損傷的程度及其對結構造成的影響。2222同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民目的：目的：獲取橋梁運營狀況的信息；獲取橋梁運營狀況的信息；驗證設計；驗證設計；支持養護管理決策。支持養護管理決策。功能：功能：自動實時監測環境條件和橋梁相應并直觀顯示結果；自動實時監測環境條件和橋梁相應并直觀顯示結果；識別結構損傷并對結構異常反應緊急預警；識別結構損傷并對結構異常反應緊急預警；跟蹤結構狀態變化趨勢為大橋養護管理決策提供依據。跟蹤結構狀態變化趨勢為大橋養護管理決策提供依據。大跨度橋梁監測系統的目的與功能大跨度橋

15、梁監測系統的目的與功能橋梁結構健康監測系統橋梁結構健康監測系統的發展的發展第一代 早期單項健康監測系統，傳感器種類有限，采集設備不安全，間歇性監測第二代 集成監測系統，傳感器種類大大豐富，采集系統完善，連續采集，有數據庫管理軟件對數據經行管理第三代 集成監測診斷系統，在第二代的基礎上，強調對數據的處理，并利用數據進行結構監測狀態的在線評估、在線預警，并為深入地離線評估提供便利橋梁結構健康監測系統橋梁結構健康監測系統在我國的應用在我國的應用我國在這一領域的研究雖然起步稍晚，但進步很快我國在這一領域的研究雖然起步稍晚，但進步很快從早期香港的青馬大橋，再到內地的虎門大橋、江陰長江大橋、從早期香港的青

16、馬大橋，再到內地的虎門大橋、江陰長江大橋、東海大橋、蘇通大橋等，短短數十年，我國已安裝規模不等的結東海大橋、蘇通大橋等，短短數十年，我國已安裝規模不等的結構健康監測系統的各類橋梁已達構健康監測系統的各類橋梁已達140140余座余座這些先后建成的健康監測系統經過若干年的運行已積累了大量這些先后建成的健康監測系統經過若干年的運行已積累了大量的寶貴數據，如何有效利用這些數據是今后需要研究的重要課的寶貴數據，如何有效利用這些數據是今后需要研究的重要課題題2525同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民我國已有我國已有4040余座大橋安裝橋梁健康監測系統，一般特點為：余座大橋安裝橋梁健康監測系

17、統，一般特點為：一般來說，一個大跨度橋梁的健康監測系統由少則一般來說，一個大跨度橋梁的健康監測系統由少則5050、多則、多則300300個以上的傳感個以上的傳感器測點組成，其費用約占到橋梁總造價的器測點組成，其費用約占到橋梁總造價的0.5-2.0%0.5-2.0%；監測系統的設計理念越來越側重于為橋梁的養護管理提供支撐，偏重監測系統的設計理念越來越側重于為橋梁的養護管理提供支撐，偏重監測內容和技術而輕視測試數據處理和評價的設計方案越來越不易被監測內容和技術而輕視測試數據處理和評價的設計方案越來越不易被橋梁業主所接受；橋梁業主所接受；健康監測系統本身的耐久性受到重視，要求傳感器和其它硬件具有可更

18、換健康監測系統本身的耐久性受到重視，要求傳感器和其它硬件具有可更換性，并且更換時不能影響到數據采集的連續性；性，并且更換時不能影響到數據采集的連續性；成橋后的結構健康監測系統與施工控制的監測系統相結合，監測數據成橋后的結構健康監測系統與施工控制的監測系統相結合，監測數據內容前伸到施工階段；內容前伸到施工階段； 結構狀態評估子系統和評估軟件的水平有所提高，配套的專家組也被視為橋結構狀態評估子系統和評估軟件的水平有所提高，配套的專家組也被視為橋梁結構健康監測系統用戶的重要人員構成之一。梁結構健康監測系統用戶的重要人員構成之一。我國大跨度橋梁健康監測系統概況我國大跨度橋梁健康監測系統概況橋梁結構安全

19、狀態評估方法橋梁結構安全狀態評估方法基于外觀調查的方法基于外觀調查的方法應用于公路及城市橋梁養護規范的評定方法、美國的應用于公路及城市橋梁養護規范的評定方法、美國的LFDLFD和和LRFDLRFD體系體系l其評定結果過度依賴評估工程師的經驗其評定結果過度依賴評估工程師的經驗，受，受主觀因素的影響主觀因素的影響以分析計算為主的方法以分析計算為主的方法通過通過橋梁結構進行計算分析對橋梁的技術等級進行評定，更具有科學性橋梁結構進行計算分析對橋梁的技術等級進行評定，更具有科學性l難以準確建立在役橋梁的計算模型，評定結果可能與實橋情況有較大出入難以準確建立在役橋梁的計算模型，評定結果可能與實橋情況有較大

20、出入荷載試驗法荷載試驗法評估橋梁安全狀態特別是承載能力的最有效、最直接方法評估橋梁安全狀態特別是承載能力的最有效、最直接方法l但其直接費用高，且實施過程中需要中斷交通但其直接費用高，且實施過程中需要中斷交通基于健康監測的橋梁安全評定基于健康監測的橋梁安全評定基于健康監測的橋梁安全評定的基本思路基于健康監測的橋梁安全評定的基本思路：首先根據橋梁監測數據對橋梁結構的損傷進行識別，首先根據橋梁監測數據對橋梁結構的損傷進行識別，然后，在此基礎上再對橋梁的安全狀態做出評定然后，在此基礎上再對橋梁的安全狀態做出評定結構損傷識別理論方法結構損傷識別理論方法：動力指紋分析方法、模型修正方法、人工智能方法、動力

21、指紋分析方法、模型修正方法、人工智能方法、以及近年來提出的小波變換和希黃變換等新的數據分析方法以及近年來提出的小波變換和希黃變換等新的數據分析方法結構安全評定方法結構安全評定方法：可靠度理論、層次分析法、以及結合經驗的專家系統等方法可靠度理論、層次分析法、以及結合經驗的專家系統等方法結構健康監測系統中評估子系統結構健康監測系統中評估子系統在線評估系統在線評估系統可以根據監測數據對橋梁的狀態進行實時的在線評定，在有必要時發出不同級別可以根據監測數據對橋梁的狀態進行實時的在線評定，在有必要時發出不同級別的結構安全預警的結構安全預警l相關理論還不夠成熟，在線評估結果的準確性和可靠性還不能令人滿意相關

22、理論還不夠成熟，在線評估結果的準確性和可靠性還不能令人滿意離線評估系統離線評估系統不僅依據結構健康監測系統的數據，同時還要結合人工檢測等其他渠道的信不僅依據結構健康監測系統的數據，同時還要結合人工檢測等其他渠道的信息息，可以得到更高質量的結構安全評定結果可以得到更高質量的結構安全評定結果。及時采用最新的分析方法和技。及時采用最新的分析方法和技術術l難以做到實時評估，只能給出中長期的結構安全預警或趨勢判斷難以做到實時評估，只能給出中長期的結構安全預警或趨勢判斷。需要強有力。需要強有力的技術團隊支持的技術團隊支持橋梁健康監測技術所面臨的問題橋梁健康監測技術所面臨的問題有限傳感器的優化布置以及合理確

23、定系統的規模橋梁結構性能的變化對結構指紋的不敏感，損傷識別尚處于理論研究階段因系統規模決定的測量數據的不完整性以及因系統的穩定性造成的不連續性對大量原始數據的實時處理和分析研究滯后，所獲取信息不能滿足工程需求結構健康狀況評價方法尚不完善，難以給出合理結論及解釋結構安全預警參數和閾值僅靠理論分析難以合理確定，需要在實踐中不斷調整優化系統本身的穩定性、抗干擾性和耐久性不足，使用壽命難以得到保證橋梁結構健康監測尚無統一的標準和規范，系統差異性太大如何與其它相關系統特別是與傳統的巡檢養護系統的有效結合健康監測系統與巡檢養護的融合健康監測系統與巡檢養護的融合- -一種現實的折中方案一種現實的折中方案已有

24、的橋梁結構健康監測系統中，多數為獨立建立的系統，沒有已有的橋梁結構健康監測系統中，多數為獨立建立的系統，沒有綜合考慮橋梁養護管理系統。綜合考慮橋梁養護管理系統。由于系統規模以及傳感器布設等方面的限制，僅依靠實時監測系由于系統規模以及傳感器布設等方面的限制，僅依靠實時監測系統本身采集的數據對結構進行評估是不完整的，同時對橋梁結構在復統本身采集的數據對結構進行評估是不完整的，同時對橋梁結構在復雜環境及荷載作用下的響應的認識和經驗的不足，難以給出準確有效雜環境及荷載作用下的響應的認識和經驗的不足，難以給出準確有效的預警模式的預警模式。因此必須將傳統的巡檢養護措施與先進的健康監測系統有機結合，以期因此

25、必須將傳統的巡檢養護措施與先進的健康監測系統有機結合，以期消除現存檢測、監測方法中的諸多不足，綜合傳統巡檢養護方法與先進的消除現存檢測、監測方法中的諸多不足，綜合傳統巡檢養護方法與先進的健康監測技術的長處健康監測技術的長處。南京長江第三大橋南京長江第三大橋南京長江第三大橋的養護管理采用南京長江第三大橋的養護管理采用“結構健康安結構健康安全監測及綜合管理系統全監測及綜合管理系統”。橋梁結構安全監測及。橋梁結構安全監測及綜合管理系統主要包括安全監測系統與橋梁日常綜合管理系統主要包括安全監測系統與橋梁日常養護管理兩部分養護管理兩部分：結構安全監測系統的監測對象為主體受力結構，監測目的是保障結構安全承

26、結構安全監測系統的監測對象為主體受力結構，監測目的是保障結構安全承載載日常管理養護管理系統監測對象為橋梁上的日常管理養護管理系統監測對象為橋梁上的非非結構物或附屬結構，監測結構物或附屬結構，監測目標是保障非結構物及附屬構造能夠得到合理的維護目標是保障非結構物及附屬構造能夠得到合理的維護橋梁日常養護管理橋梁日常養護管理由由電子化巡警管理子系統完成，采用電子化巡警管理子系統完成，采用AditamAditam公公司的司的ScanPrintScanPrint其余子系統則組成一個典型的橋梁結構健康監測系統，用于連續實時其余子系統則組成一個典型的橋梁結構健康監測系統，用于連續實時地監測橋梁的結構狀態地監測

27、橋梁的結構狀態存在的不足存在的不足ScanPrintScanPrint為單機版程序，其數據庫無法與安全健康監測系統共為單機版程序，其數據庫無法與安全健康監測系統共享，享，僅僅為避免數據冗余而根據為避免數據冗余而根據需求需求分配兩個系統的數據存儲內容。分配兩個系統的數據存儲內容。因此雖然橋梁的日常養護管理采用了先進的電子化巡警養護系因此雖然橋梁的日常養護管理采用了先進的電子化巡警養護系統，有利于巡檢結果的量化與系統管理。然而由于系統本身的限制，統，有利于巡檢結果的量化與系統管理。然而由于系統本身的限制，巡檢養護系統無法根據需要進行擴展與監測系統進行交互，監測系巡檢養護系統無法根據需要進行擴展與監

28、測系統進行交互，監測系統無法利用巡檢養護系統的數據，從而使得日常養護管理與實時監統無法利用巡檢養護系統的數據，從而使得日常養護管理與實時監測系統實際上完全獨立，并沒有達到最初融合兩個系統的設想測系統實際上完全獨立，并沒有達到最初融合兩個系統的設想. .東海大橋東海大橋東海大橋跨徑長、規模龐大且組成復雜，傳統的依靠人東海大橋跨徑長、規模龐大且組成復雜，傳統的依靠人工的巡檢養護系統難以滿足橋梁的運營管理要求工的巡檢養護系統難以滿足橋梁的運營管理要求。采用了基于人工巡檢的傳統養護以及基于監測系統的采用了基于人工巡檢的傳統養護以及基于監測系統的橋梁養護相結合的養護策略，橋梁養護相結合的養護策略，將將實

29、時監測、定期檢測以及人工實時監測、定期檢測以及人工檢查相結合，系統全面地掌握大橋的工作狀態檢查相結合，系統全面地掌握大橋的工作狀態。利用監測系統獲得的實時數據，并結合巡檢養護系統的監利用監測系統獲得的實時數據，并結合巡檢養護系統的監測結果，對橋梁的局部與整體的工作狀態做出合理評估，為大測結果，對橋梁的局部與整體的工作狀態做出合理評估，為大橋的養護和管理提供科學依據，以保證大橋的安全運營橋的養護和管理提供科學依據，以保證大橋的安全運營20052005年建成通車，年建成通車，20062006年年1010月橋梁健康監測系統開始使用。月橋梁健康監測系統開始使用。3636同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工

30、程系 孫利民孫利民系統設計原則：系統設計原則：l為管養服務為管養服務l系統應實用、可靠、經濟系統應實用、可靠、經濟l傳感器數量在滿足數據搜集的前提下最小化傳感器數量在滿足數據搜集的前提下最小化l考慮傳感器及其他硬件的耐久性，要有可更換性，更換時數考慮傳感器及其他硬件的耐久性，要有可更換性，更換時數據要有可持續性據要有可持續性l監測系統要與人工檢測和其他渠道數據相結合監測系統要與人工檢測和其他渠道數據相結合l管理人員中要包括橋梁監測評估專家組，以充分利用監測系統管理人員中要包括橋梁監測評估專家組，以充分利用監測系統數據數據3737同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民主通航孔斜拉橋主

31、通航孔斜拉橋（7313242013273米斜拉橋）米斜拉橋） 顆珠山斜拉橋顆珠山斜拉橋（50+139332139+50米）米） 500噸級副航道橋噸級副航道橋(7012012070米變高度米變高度連續梁）連續梁） 1000噸級副航道橋噸級副航道橋（80+140+14080米變高度連續梁）米變高度連續梁） 灘涂區灘涂區 (750米跨等米跨等高度連續梁）高度連續梁） 第二非通航孔區第二非通航孔區 (660米跨等高度連續梁）米跨等高度連續梁） 第四非通航孔區第四非通航孔區（70米跨等高度連續米跨等高度連續梁）梁） 500噸級副航道橋噸級副航道橋(9016016090米變高度連續米變高度連續梁）梁）

32、腐蝕暴露站腐蝕暴露站大烏龜島大烏龜島 監測內容 8個區段3838同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民監測內容斜拉橋監測內容：1）氣象2）結構溫度3）應變4）伸縮縫位移5）梁塔動力6）索力7）梁塔位移8）鋼結構疲勞實時監測：連續梁橋監測內容：1）墩臺沉降2）撓度3）結構溫度對難以檢測的地方、惡劣環境下無法檢測的地方以及設備經濟性滿足要求的條件下，使用傳感器進行實時監測，全橋共設七大傳感器子系統：氣象、疲勞、 GPS、連續梁橋、光纖、振動、索力。3939同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民實時監測傳感器系統實時監測傳感器系統監測內容監測內容采樣頻率采樣頻率傳感器數量傳感

33、器數量數據通道數量數據通道數量狀態通道數量狀態通道數量氣象氣象1Hz288結構溫度結構溫度30M/次次143143143應變應變25Hz727272伸縮縫位移伸縮縫位移25Hz888梁塔動力梁塔動力50Hz608888索力索力30M/次次168016索塔位移索塔位移10Hz92781鋼結構疲勞鋼結構疲勞1天天/次次489648墩臺沉降及撓度墩臺沉降及撓度1天天/2次次120120120總計總計4786425844040同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 孫利民孫利民系統組成系統組成傳感器系統傳感器系統 - - 氣象監測子系統氣象監測子系統 - GPS- GPS子系統子系統 - - 疲勞監測子

34、系統疲勞監測子系統 - - 光纖傳感子系統光纖傳感子系統 - - 斜拉橋振（震）動監測子系統斜拉橋振（震）動監測子系統 - - 索力監測子系統索力監測子系統 - - 連續梁子系統連續梁子系統數據處理系統數據處理系統在線評估系統在線評估系統離線評估系統離線評估系統結構預警系統結構預警系統(a) 船撞前后船撞前后MAC(1,1)的比較的比較0500100015002000250030000.950.960.970.980.991A comparison between before and after collisionTime (min)MACMAC(2,2) beforeMAC(2,2) af

35、ter2007-01-01 00:00:002007-01-03 02:35:002007-01-0200:50:002007-01-0201:35:000500100015002000250030000.9750.980.9850.990.9951Time (min)MACA comparison between before and after collisionMAC(1,1) beforeMAC(1,1) after2007-01-01 00:00:002007-01-03 02:35:002007-01-0200:50:002007-01-0201:35:00(b) 船撞前后船撞前后

36、MAC(2,2)的比較的比較0500100015000.40.450.50.55Time (min)Frequency (Hz)mode1 beforemode1 aftermode2 beforemode2 aftere2007-01-01 00:00:002007-01-02 01:35:002007-01-02 00:50:002007-01-03 02:35:0005001000150000.0050.010.0150.020.025Time (min)Modal damping ratiomode4 beforemode4 after2007-01-01 00:00:002007-0

37、1-02 01:35:002007-01-02 00:50:002007-01-03 02:35:00(a) 船撞前后模態頻率的比較船撞前后模態頻率的比較(b) 船撞前后模態阻尼比的比較船撞前后模態阻尼比的比較結構頻率隨溫度變化支座位移隨溫度變化存在的不足存在的不足然而由于人工巡檢的結果被表達為對構件健康狀況的描述，檢測然而由于人工巡檢的結果被表達為對構件健康狀況的描述，檢測周期相對于實時監測過長且不具規律性，因此難以與監測系統的實周期相對于實時監測過長且不具規律性，因此難以與監測系統的實時量化數據融合，因此東海大橋結構健康監測系統的數據庫僅存儲時量化數據融合，因此東海大橋結構健康監測系統的數

38、據庫僅存儲了人工巡檢結果報表，而并未將這些結果應用到結構狀態評估中。了人工巡檢結果報表，而并未將這些結果應用到結構狀態評估中。同時，同時，當前東海大橋仍處于運營初期，各項性能指標還處于相對的安當前東海大橋仍處于運營初期，各項性能指標還處于相對的安全狀態，監測系統還未建立起準確有效的預警模式全狀態，監測系統還未建立起準確有效的預警模式。蘇通大橋蘇通大橋蘇通大橋結構健康監測和安全評估系統利用傳統的巡檢養護管理蘇通大橋結構健康監測和安全評估系統利用傳統的巡檢養護管理工作及時發現一些實時健康監測系統沒有或無法監測到的結構缺陷、工作及時發現一些實時健康監測系統沒有或無法監測到的結構缺陷、材料退化或裂縫材料退化或裂縫將這些人工巡檢結果輸入監測系統的數據庫，更新結構的有限元模將這些人工巡檢結果輸入監測系統的數據庫，更新結構的有限元模型（如剛度、材料特性、構件尺寸、缺陷或損傷等），以提高結構健康型（如剛度、材料特性、構件尺寸、缺陷或損傷等），以提高結構健康狀態評估的準確性和科學性狀態評估的準確性和科學性。存在的問題存在的問題結構損傷識別以及健康狀態評估是橋梁結構健康監測系統的核心結構損傷識別以及健康狀態評估是橋梁結構健康監測系統的核心內容，并為橋梁的養護管理提供依據。而這也是當前橋梁結構健康監內容，并為橋梁的養護管理提供依據。而這也是當前橋梁結構健康監測系統急需