桥梁结构健康安全监测与损伤识别技术Bridge Structural Health & Safety Monitoring and Damage Identification
李乔单德山唐亮
内容
桥梁事故
结构健康监测（SHM）的基本涵义 SHM基本架构
SHM系统设计
SHM实例
西南交通大学BSHM的解决方案
SHM的发展趋势
近年来，桥梁垮塌事故时有发生；
桥毁人亡的灾难性安全事故，使人民生命财产蒙受巨大损失，也造成恶劣的社会影响；
在GOOGLE中搜索“桥梁&事故”，有1,430,000项之多符合搜索结果；
1999年1月4日，重庆市纂江县彩虹桥整体垮塌；死亡40余人
2000年8月27日，台湾省高屏大桥突然拦腰断裂；导致17辆汽车坠落高屏溪，22人受伤。
2001年11月7日，四川宜宾小南门金沙江大桥两端先后发生断裂
2004年6月10日，辽宁田庄台辽河大桥整跨断裂
2006年12月09日，位于北京顺义城
北潮白河支流减
河上的悬索桥，
在荷载试验时全
桥坍塌
2007年10月23日，包头市民族东路至丹(东)拉(萨)高速公路包头出口的高架桥发生倾斜坍塌。
美国：北京时间2007年8月2日7时10分)，美国明尼苏达州明尼
阿波利斯市的一座桥梁发生坍塌。至少7人死亡，数十人受伤
桥梁事故 2009年6月29日凌晨2
时34分左右，铁力市
西大桥发生垮塌，至
少有6辆货车坠入呼兰河，7人死亡。
垮塌的大桥建于1973年，1997年曾进行安
全维修。
桥梁事故 2009年7月15日1时33分，津晋高速公
路港塘收费站800
米外匝道桥坍塌，5
辆载货车坠落，造
成6人死亡，4人受伤。
上述桥梁垮塌实例均在正常运营过程中发生
桥梁垮塌不仅国家造成了巨大的经济损失，而且给人们带来的恐惧的回忆，更给遇难者亲属带来难以磨灭的疤痕
这不得不引起社会对这些事故的深思……
桥梁作为客观存在有它特有的生命周期过程，它的“生老病死”如同人类一样，是客观自然规律。 如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，那将会大大减少事故的发生的几率。
再过10~15年，中国将进入桥梁结构的维修高峰。
▪交通部前总工工程师风懋润于2005年,中美桥梁论坛
基本涵义 类比人看病 系统的组成 测试分类 过程
好处
使用各种测控技术来评估结构的使用性能
南京长江第三大
桥的健康监测系
统。该系统是目
前国内外大型桥
梁健康监测中最
为完善的系统之
一。
1
自动化数据采集
2
实时性自我诊断
3
及时的状态评估智能化
自动化、网络化的数据采集
与处理基于结构力学、
物理等性能的
损伤识别
结构可靠性分
析、强度贮备
分析
结构健康监测的出现是以下因素导致的▪需求的增加
•新材料和创新设计的监测
•既有结构的更好管理
▪科技支持和发展
•新型传感器
•数据采集
•网络技术
•数据传输、集中、归档和提取系统—数据库技术
•数据处理与事件识别
SHM 的基本涵义
传感器系统数采与传输信号分析处理
评估方法
•
现场的无损评估•安全性•使用性•……
损伤识别
•
动力•静力
•
有反演•无反演•……
结构健康监测SHM
安全性、强度、整体、性能
类比：SHM与人看病
医生
▪监控病人的健康
▪使用医疗设备检查病
人的整体健康情况
▪如有需要，开出处方
进行治疗 SHM工程师
▪监控结构的状态
▪使用传感器检查结构
的整体情况
▪如果应力超限、变形
过大，报警并处理
状态评估子系统
损伤识别子系统数据处理与控制系统数据采集与传输系统
桥梁结构
智能健康监测系统
传感器子系统
实时性自动化集成化网络化
数据采集
数据通讯
数据智能处理
处理后数据的储存数据查询
诊断
SHM的测试分类
现场静力测试
▪行为试验
▪诊断试验
▪验证试验
周期性监测
▪包括现场测试
▪确定结构是否发生
变化的试验 现场动力测试
▪动应变
▪环境振动测试
▪动力放大系数测试
▪跳车试验
连续监测
▪主动监控
▪被动监控
SHM的过程Level IV
Level III Level II Level I
处理方案（治病措施）
损伤程度（病的程度）
损伤定位（生病的部位？）
出现损伤（是否生病？）
SHM的好处
加深现场结构的理解
早期损伤诊断
确保结构的强度与使用性 减少巡检和维修的次数
建立合理的维护/管理策略 提高维修资金的合理分配 促进新材料和新桥型的使用
