如何利用桥梁健康监测技术提升其结构韧性和防灾能力？

如何利用桥梁健康监测技术提升其结构韧性和防灾能力？

随着桥梁服役年限的增长和环境恶化，如何保障桥梁的安全性和延长其使用寿命成为桥梁工程师面临的重要课题。桥梁健康监测技术作为解决这一问题的关键手段，通过实时监测桥梁结构状态，为桥梁的维护和管理提供科学依据。本文将探讨桥梁健康监测技术的核心内容、关键技术环节以及其在提升桥梁防灾能力方面的应用。

作为长大桥梁运营维护的重要技术手段，桥梁健康监测是一项复杂的系统工程，其中监测设备的精度、结构信号采集及环境干扰、信号处理与分析、结构损伤识别算法等方面的因素，均可能引起结构损伤和评价的较大偏差。近年来，某些大桥相继发生涡振，引发强烈的社会反响，再度引起桥梁工作者对健康监测技术的思考。

结构健康监测旨在以单位时间步长为间隔，动态监测桥梁在日常运营中的结构状态，收集主梁、桥面板、桥台、主塔、缆索等桥梁重要组成部分的结构力学响应，诊断桥梁局部构件及整体结构的实时健康状态。健康监测的基本内容包括：环境(风、温度、湿度、水位、地基沉降等)，作用(车、人群等)；结构响应(振动、倾斜、应变、位移、疲劳、开裂等)；结构缺陷(锈蚀等)等。监测重点根据不同桥型及桥位环境有所差异。

对于健康监测系统而言，传感器的匹配和选择尤为重要。在实际工程应用中，由于结构累计损伤发展缓慢，结构响应信号随之发生微弱变化，桥梁健康监测系统在选择传感器时应综合考虑不同监测设备的相互匹配，监测设备的精度与结构损伤引起的静、动力响应量值的匹配等。传感器的优良程度决定了获取数据的真实性，依据监测内容进行传感器布设的优化研究非常重要。除以模态置信准则为基础的传感器布设优化方法，基于Pareto多目标人工鱼群算法，改进的IQPSO算法等外，部分仿生算法，如退火算法、遗传算法、猴群算法、狼群算法、粒子群算法等，将传感器优化布置推向巨型尺度、超大规模、海量自由度等特征的超级工程中。

数据采集及传送系统是另一个关键环节。基于无线传感器网络技术的传输方法得到了飞速发展，与传统电缆传输方式相比，这种传输策略可以快速安装并独立地对各采样数据进行分批预处理，与智能科技结合后可实现通信链路的自我监控、自适应测量调度等活动。由现代数据采集系统结合环境参数传感器和力学特性传感器，并搭配无损检测仪等综合设备群集成的混合监测系统，可大幅提高整个系统的准确性和可靠性。

以中交路桥科技为例，该公司结合多年行业先进经验，融合数字经济和国家安全体系发展需求，构建了“智能监测、科技领先、智慧城市、数字赋能”的品牌战略，形成了工程检测、城市安全监测、数字化研发运维三大业务板块。公司拥有一支高素质工程医生团队，涵盖铁道工程、城市道路与公路、桥梁工程、隧道工程、建筑工程、水利工程、工程物探、安全技术、电力、信号、集成电路、智能科学等多个专业领域。公司配备了千余套试验、检测、监测仪器设备，为试验检测、监测数据的科学性和准确性提供了硬件保障。