桥梁结构安全监测的动力响应法与评估系统

桥梁结构安全监测的动力响应法与评估系统

唐芳宗

河北振创电子科技有限公司长沙分公司，410000

摘要：桥梁结构安全监测和评估是保障桥梁结构的正常运行和保持承载能力的关键任务之一，随着桥梁使用寿命的延长以及交通运输对桥梁的要求的不断提高，传统的监测和评估方法已经不能满足实际需求。基于此，文章简要阐述了桥梁结构安全监测动力响应法的特点，分析了桥梁结构安全监测系统的具体结构设计，并以此对桥梁结构安全性评估系统进行了深入探究。

关键词：桥梁结构；安全监测；动力响应法；评估系统

当前，桥梁结构安全监测与评估中，动力响应法已经被广泛地应用。动力响应法通过测量和分析桥梁结构的动态响应特性，可以获取结构的振动频率、振动模态和结构参数等信息，从而评估桥梁的工作状态。动力响应法具有实时性强、真实反映结构动态性能的优势，逐渐成为桥梁结构安全监测领域的重要手段。

1 桥梁结构安全监测的动力响应法概述

桥梁结构安全监测的动力响应法是一种利用结构的振动响应特性进行结构健康评估与监测的方法，该方法通过安装在桥梁上的传感器，实时监测桥梁结构的振动响应，并根据振动信号进行分析和评估桥梁的结构健康情况[1]。动力响应法一般在桥梁上安装合适的振动监测设备，如加速度计或振动传感器，实时监测桥梁结构的振动响应信号，并将数据进行采集和记录。为了获取桥梁的振动响应信号，通常需对桥梁进行振动激励，如使用冲击锤、地震波或车辆行驶带来的动力输入等，并在不同位置激励桥梁，以获得不同振型和频率的振动响应信号[2]。基于振动监测设备获取到的振动响应信号，还需进行相应的分析和处理，常用的分析方法包括频谱分析、自相关函数、互相关函数等，提取出振动信号中的频率、振幅和阶次等特征参数，以此评估桥梁的结构健康状况。例如，异常振动响应、频率偏移或阶次分量异常等都可能表明桥梁存在结构缺陷或损伤，再结合结构的历史数据和模型分析，进一步对桥梁的健康状况进行跟踪和监测，为桥梁的修复和维护决策提供参考，并根据检测到的结构缺陷或损伤，决定修复的紧迫性和优先级。

2 桥梁结构安全监测系统结构设计

在桥梁结构安全监测系统的结构设计中，首先需根据桥梁的结构类型和监测需求，确定传感器的种类和布置位置，常见的传感器有加速度计、应变计、温度计等，实时监测桥梁的振动、应变和温度等参数，有效捕捉桥梁结构的变动和状况。第二，选择合适的数据采集与传输系统，将传感器采集到的数据进行处理、记录和传输，该系统应具备高精度、高采样率和稳定性能，以确保准确的数据采集和传输。第三，建立适当的数据库或数据存储系统，用于存储从传感器采集到的数据，并采用云存储或本地数据库等方式，确保数据的可靠性和易读性，而针对大量的数据，还需建立相应的数据处理和分析算法，以提取有用的信息并进行可视化显示[3]。第四，在监测系统中设置报警与预警功能，当桥梁结构发生异常时，及时发出警报，并提供相应的预警信息，便于管理人员及时采取修复措施，以确保桥梁的安全性。

3 桥梁结构安全性评估系统

3.1监测方法及其相应参数的选取

桥梁结构安全性评估系统的监测方法及其相应参数的选取是确保系统准确评估桥梁结构安全状况的重要一环。

其一，静态监测方法，一般使用静力应变计、位移传感器等监测桥梁的应变、位移等参数，并通过监测应变和位移等参数，评估桥梁结构是否出现明显变形、裂缝等状况。

其二，动态监测方法，使用加速度计、振动传感器等监测桥梁的振动响应，通过监测振动响应信号的频率、振幅和阶次等参数，评估桥梁的结构健康状况。

其三，热力监测方法，使用温度计等监测桥梁的表面温度或内部温度，通过监测温度变化，评估桥梁材料的变形、热膨胀等情况。

其四疲劳监测方法，使用荷载传感器等监测桥梁的受力情况，通过监测荷载变化，评估桥梁的疲劳寿命和结构健康状况。

其五，环境监测方法，使用湿度传感器、风速传感器等监测桥梁周围环境条件，实时监测桥梁周围环境的湿度、温度、风速等参数，评估环境对桥梁结构的影响[4]。

3.2评估框架流程

在进行桥梁结构安全评估时，一般需明确评估的目标，如评估桥梁的结构健康状况、承载能力等。确定相应的评估指标，例如振动响应、应变、位移等参数，并在相应位置部署相应的传感器进行数据采集，包括静态监测和动态监测等，再将采集到的数据经过处理、修正和校准等步骤，确保数据的准确性和可信度，评估桥梁结构的安全状况。同时，将评估结果进行可视化展示，生成报告，向相关管理部门和用户提供评估结果，包括桥梁的监测数据、结构状态评估、存在的问题和建议的维护措施等。此外，还应与相关专业人员和决策者进行沟通，解释评估结果，讨论结构的安全性以及可能的风险和潜在的问题，再根据评估结果形成决策，制定相应的维护和修复计划[5]。最后，根据评估结果和决策，制定桥梁监测计划，定期监测桥梁的结构状况，追踪结构安全性的变化和演变，并根据监测结果和评估信息，及时调整维护策略和决策。

3.3结构安全性工作状态评估

对于桥梁结构的安全性工作状态评估，首先应收集桥梁的设计文件、施工记录、维护记录、监测数据等相关信息，了解桥梁的设计参数、材料特性、使用情况以及维护保养情况等。第二，对桥梁进行现场调查，包括目视检查和无损检测，检查桥梁的结构部件、支承系统、连接方式等，评估其外观、可见缺陷、裂缝、腐蚀等情况。第三，进行结构力学分析和计算，包括静力分析、动态分析和疲劳分析等，分析桥梁的承载能力、应力分布、动力响应等参数，评估桥梁结构的运行状况和安全性能[6]。第四，根据相关的安全评估准则和标准，对桥梁的工作状态进行评估，设定相应的安全指标，如结构的承载能力、可靠度指标等，以判断桥梁是否处于安全工作状态。最后，将评估结果整理成报告，详细说明桥梁的安全状况、存在的问题和潜在的风险，并为相关人员提供相应的维护建议和修复措施，以确保桥梁的安全性和可靠性。

4 结语

综上所述，桥梁结构安全监测评估系统主要是基于现代测量技术和数据处理技术，结合机器学习和模型辨识方法，实时获取桥梁的动力响应数据，并通过分析与预先建立的模型进行对比，准确评估桥梁结构的安全状态和承载能力。动力响应发和桥梁结构安全监测评估系统在桥梁结构安全监测和评估领域具有重要的应用前景，可以为桥梁的维护和管理提供科学依据，进一步提高桥梁结构的安全性和可靠性。

参考文献

[1]楚玺,周志祥,段鑫等.桥梁结构连续线形监测方法[J].公路交通科技,2023,40(11):157-163+171.

[2]张正伟,袁俊英.高架桥梁应力结构安全监测方法研究[J].现代交通技术,2022,19(05):37-39+46.

[3]骆红军.桥梁结构安全监测的动力响应法与评估系统[J].公路工程,2011,36(03):66-69+89.

[4]张嵩.分布式网络化桥梁结构安全监测系统研究[J].武汉理工大学学报, 29(11):115-118[2024-01-22].DOI:10.3963/j.issn.1671-4431.2007.11.031.

[5]周凯.基于静态监测数据的桥梁结构状态评估和预警方法研究[D].东南大学,2015.DOI:10.7666/d.Y2921985.

[6]谭冬莲,杨文明,柴玉松,等.BMS系统中桥梁结构状态监测与评估系统设计[C]//第十七届全国桥梁学术会议论文集(下册).2006.DOI:ConferenceArticle/5aa33f05c095d72220b19c8f.