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1、橋梁結構安全監測與預警,主要內容,引言橋梁安全運營養護管理技術橋梁結構健康監測與預警技術工程實例介紹結語,橋梁結構安全的重要意義,公路網是保障國家經濟建設和民生的重要社會基礎設施。橋梁是這一生命線工程的重要組成部分。橋梁結構在服役過程中受到設計標準、施工質量、材料退化、交通負荷、極端荷載和偶然事故等各種內外因素的作用和影響，其結構安全性如不能得到完全保障，將危機人民生命財產安全國家經濟建設。,我國公路橋梁的發展,截止至2010年底我國公路橋梁總數到達65萬座公路橋梁總里程達到210萬延米超過美國成為世界上最大的公路橋梁國家經濟高速發展期的基礎建設量大、集中、質低的特點給結構安全管理帶來諸多難題2、,橋梁養護管理需求,橋梁使用超過25年即進入性能加速退化期美日等過在20-30年間建設橋梁占到總橋梁數的70%，在其后的20-30年迎來巨大的橋梁養護工作我國橋梁中的40%屬于“老齡”橋梁2004年全國普查出危橋1萬3千余座，總長47萬延米橋梁結構維修、加固和重建費用巨大且逐年增加,橋梁養護管理需求,美國總計約7萬多座橋梁退化為缺損橋梁，每年維修資金30億美元法國、德國和挪威，缺損橋梁比例分別達到39%、37%和26%歐洲各國用于橋梁維修費用占橋梁重建費用的0.5%1%，而在美國紐約，這個比例高達8.5%,橋梁養護管理：橋梁結構作為重大社會基礎設施，其服役期甚至超過經濟高速發展持續期。采用先進3、技術、高效合理地規劃利用有限資源，對基礎設施進行養護管理以保障結構在壽命期內的安全成為重要的社會需求,橋梁結構安全的重要意義,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，可以適應橋梁安全的基本需求但由于我國普遍存在“重建設，輕管養”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,橋梁結構安全保障技術：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、管養和拆除等技術,保障橋梁結構全壽命安全,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4、安全設計理論體系和方法加強橋梁結構安全關鍵技術研發，包括：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；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供依據,主要內容,引言橋梁安全運營養護管理技術橋梁結構健康監測與預警技術工程實例介紹結語,橋梁運營中面臨的問題,國內“重建設、輕管養”的現象十分普遍橋梁的管理模式和維護措施方面存在諸多問題,經驗與教訓,2004年遼寧莊臺大橋因汽車超載落梁,2007年廣州九江大橋615船撞事故,面臨的問題,超載問題耐久5、性問題（鋼筋腐蝕、凍融循環、堿骨料反應等）疲勞問題突發事件（車船撞擊、地震、颶風等）養護資金緊缺、缺乏有效的管理,因此，需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，以降低運營成本、延長橋梁結構的使用壽命、保障交通通暢,主要內容,引言橋梁安全運營養護管理技術橋梁結構健康監測與預警技術工程實例介紹結語,橋梁管理系統與巡檢養護,橋梁養護管理系統：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。,橋梁管理系統的發展,橋梁管理系統的發展,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、管養資金緊張目前，橋梁6、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,橋梁結構健康監測系統,結構健康監測系統：基于傳感、信息、結構分析技術的自動監測與評估系統。從營運狀態的結構中獲取并處理數據，以評價結構的主要性能指標的有效方法。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，估計損傷的程度及其對結構造成的影響,首個橋梁健康監測系統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,橋梁結構健康監測系統7、的發展,橋梁結構健康監測系統在我國的應用,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、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140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,橋梁結構安全狀態評估方法,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LFR和LRFR體系其評定結果過度依賴評估工程師的經驗，受主觀因素的影響以分析計算為主的方法通過橋梁結構進行計算分析對橋梁的技術等級進行評定，更具有科學性難以準確8、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，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：動力指紋分析方法、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等結構安全評定方法：可靠度理論、層次分析法、以及結合經驗的專家系統等方法,結構健康監測系統中評估子系統,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9、必要時發出不同級別的結構安全預警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息，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術難以做到實時評估，只能給出中長期的結構安全預警或趨勢判斷。需要強有的技術團隊支持,橋梁健康監測技術所面臨的問題,主要內容,引言橋梁安全運營養護管理技術橋梁結構健康監測與預警技術工程實例介紹結語,健康監測系統與巡檢養護的融合,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。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10、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。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。,南京長江第三大橋,南京長江第三大橋的養護管理采用“結構健康安全監測及綜合管理系統”。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載日常管理養護管理系統監測對象為橋梁上的非結構物或附屬結構，監測目標是保障非結構物及附屬構11、造能夠得到合理的維護,南京長江第三大橋,橋梁日常養護管理由電子化巡警管理子系統完成，采用Aditam公司的ScanPrint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,存在的不足,ScanPrint為單機版程序，其數據庫無法與安全健康監測系統共享，僅為避免數據冗余而根據需求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12、到最初融合兩個系統的設想,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橋梁養護相結合的養護策略，將實時監測、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。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，為大橋的養護和管理提供科學依據，以保證大橋的安全運營,東海大橋,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13、系統的數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。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、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。,蘇通大橋,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內容，并為橋梁的養護管理提供依據。而這也是當前橋梁14、結構健康監測系統急需解決的核心問題。雖然可以根據日常的人工巡檢結果引入健康監測系統的結構狀態評估，更新結構的有限元模型，然而由于橋梁結構的復雜性和不確定性，加之難以給定準確的邊界條件以及荷載模型，實時監測系統與日常的養護依然脫節，結構健康監測系統依然游離于橋梁的養護管理之外。,廣東九江大橋,2007年6月15日凌晨被偏離主航道誤入非通航孔的船舶撞擊，導致引橋22號墩26號墩之間4跨近200m長的橋梁上部結構梁體坍塌。九江大橋于2010年修復，修復后的九江大橋除安裝了結構健康監測系統外，還特別針對船撞問題，研發了橋區防船撞監測預警系統。應用視頻監測技術，實時捕捉進入危險區的船舶，及時通過光、聲、15、廣播等方式發出警告，避免撞橋事故發生。此外，還探討了對航行船舶航跡進行預測，更主動地防范船撞橋事故的方式,九江大橋“橋區防船撞監測預警系統”,九江大橋“橋區防船撞監測預警系統”,請參考明天論文介紹：淡丹輝等“航道橋梁主動防船撞預警系統研究”閔志華等“九江大橋防船撞視頻監測預警系統”,主要內容,引言橋梁安全運營養護管理技術橋梁結構健康監測與預警技術工程實例介紹結語,結語,我國已進入橋梁建設與管養并重的時期，保證已建橋梁的結構安全對國計民生至關重要。但傳統技術不能滿足橋梁養護的工程需求。我國橋梁健康監測系統的工程應用走在了世界前列。需加強結構損傷識別、安全評定和安全預警等方面的理論方法研究。目前單獨依靠傳統的養護管理技術或結構健康監測技術都難以勝任結構全壽命安全管理的使命，應注重兩者的有機結合。,謝謝！,