浅议桥梁工程安全.doc

浅议桥梁健康监测和安全评价

网络高等教育
本科生毕业论文（设计）

题 目： 浅议桥梁健康检测与安全评价

学习中心：安徽阜阳市奥鹏学习中心
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程（道桥方向）
年 级： 2012年春季
学 号： 201108043924
学 生： 孙杰
指导教师： 张艳青
完成日期： 2014年 02 月 14 日

II

内容摘要

大型桥梁健康与安全监测是近年来国际上的研究热点，国内几座特大型桥梁已经或者将要配置安全监测系统。本文基于大量调查研究、实际桥梁考查的基础上，重点就桥梁健康与安全监测系统存在的问题及发展趋势进行了分析。首先简要总结了近年来国内外桥梁健康监测的研究状况，其次简要介绍了桥梁健康检测的常用仪器和方法，然后就桥梁安全评价做出了简要分析，最后结合实例并对桥梁健康检测以及桥梁安全性评估工作的发展方向进行了探讨性的分析。

关键词：桥梁；健康监测；安全评价；监测管理系统

目 录

内容摘要 1
引 言 3
一 概述 4
（一） 桥梁健康检测与安全评价简介 4
（二） 桥梁健康检测与安全评价的重要性 5
（三） 桥梁健康检测的内容和依据 5
（四） 常用检测仪器 6
二 桥梁健康检测的常用方法 7
（一） 混凝土结构无损检测 7
（二）混凝土结构半破损检测 7
（三）钢结构无损检测 8
（四）预应力混凝土结构检测 8
三 桥梁安全评价 9
（一） 桥梁安全的耐震评价 9
（二） 桥梁安全的荷载评价 9
（三） 桥梁安全的河川耐洪能力评价 10
（四） 土石流桥梁安全评价 10
四 结合工程实例分析 11
（一） 某大跨度悬索桥结构安全评估 11
（二） 评估指标的无量纲化处理 11
（三） 指标评分值制定 11
（四） 指标权重的确定 12
（五） 基于变权综合原理的全桥结构安全评估算例 12
五 结论与建议 13
参考文献 15

引 言

随着桥梁建设的不断发展，桥梁结构的形式与功能日益复杂，人们对现代桥梁的质量和寿命越来越重视。通常情况下，25年是桥梁使用期限的临界点，超过临界点意味着桥梁进入老化期，根据此标准，我国有百分之四十的桥梁位于此范围之内，均属于老龄桥梁，伴随时间的推移，老龄桥梁数量也日益增长，对于桥梁的安全评估以及保养维护逐渐备受桥梁的使用者和管理者所关注。桥梁的结构经历长时间使用后，必然会形成不同程度的损伤，而桥梁的安全性亦随之降低。影响桥梁安全的因素有很多，其中人为因素包括原设计未达到使用要求，施工标准低，使用不当，坏或桥面不平整对桥梁结构带来的不利影响等等，还受自然灾害的影响包括风暴、地震等，桥梁的承载能力与耐用性因此而下降，直接影响着桥梁的安全性。因此，桥梁的定期检测以及监测工作就显得非常重要，是保障桥梁结构安全的有利措施。另外，现时建设桥梁的新工艺、新材料、新结构形式层出不穷，这些都必须做一些检测，务求积累更多的工程经验，此外，也需要对采用劣质材料、赶工期、施工方法不正确而导致桥梁出现损伤的情况做全面的评估和鉴定。桥梁检测是采用相关技术手段对桥梁的主体结构进行检查、检测，全面了解桥梁健康状况，找出病害原因、损伤程度等，从而对桥梁实有的承载能力以及是否能够正常运营等问题给出明确结论，同时还应提出需要采取的措施及维修加固方案。
道路运输畅通是国民经济顺利发展的前提，桥梁结构的正确评估以及经济合理的加固措施是道路运输畅通的保证，因此，桥梁评估工作的开展有着重要的理论和现实意义，也是亟待研究的课题。桥梁结构信息的收集、分析、过滤都能通过桥梁评估工作来完成，另一方面，将信息及时反馈给桥梁管理部门，对制定高效、经济合理的维护方案有重要帮助，这也是合理科学管理桥梁运营的首要前提，便于桥梁管理部门制定相应策略。

一 概述
结合当前国内外关于外桥梁健康与安全检测系统的研究成果，在分析大跨度桥梁发展趋势的基础上，并分析现阶段国内关于实际检测系统的发展概况，结合笔者相关科研工作经验。在本文研究中，分析了桥梁健康检测的定位问题以及现有的健康检测系统存在的缺陷，基于此提出相应的解决办法，并讨论我国未来桥梁健康检测技术的发展趋势。
（一） 桥梁健康检测与安全评价简介
由于自然环境的作用和建设材料随时间各种性能也随之退化，导致桥梁在建造和使用过程中会出现一定程度的损伤，若损伤得不到及时检查及维修，会使桥梁影响行车安全甚至垮塌，导致桥梁使用寿命缩短。只有加强对桥梁健康检测和安全评估的管理意识，才能保证桥梁结构的安全性、耐久性和适用性，所以提出对桥梁施工、养护、管理等工作要实施合理的方法更为重要[1]。
大型桥梁的生命过程主要包含三个阶段，即总体规划、设计施工及运营管理，过往人们着重于设计施工这一块。我国交通网络系统建设的日益完善，为使大型桥梁的利用率最大化，越来越多人重视总体规划这一块。随着大型桥梁建成投入使用后，由于缺乏科学的管理而造成桥梁状况每况愈下，在确保桥梁的正常运营，桥梁的健康监测及安全性评估工作也备受关注。桥梁竣工启用后，随着时间的推移，受风暴、雨雪等自然因素的影响，加上承受着日益增加的车流量，桥梁便会出现老化及损坏。基于我国经济高速发展的环境下，对交通运输能力提出新的要求，另外，部分桥梁的功能退化现象日益严重。为此，要保障大型桥梁的正常运行，实施有效的桥梁检测和安全评估的工作就显得至关重要。同时，对位于重要的公路及铁路运输枢纽的大型桥梁要加强安全评估力度，排查潜在病害并切实做好桥梁保养工作，这样能够最大程度的节约人力物力，防止因结构损坏而造成交通枢纽断裂，给社会及国家造成重大的经济损失。
大型桥梁因缺乏必要的健康监测或安全评估而无法了解桥梁的退化程度，最严重的后果可能会造成桥梁结构性损坏而发生桥毁人忙的事故。现阶段，鉴于大型桥梁具有复杂性，对大型桥梁的监测评估还是依赖收集人工检测数据后进行综合分析评估，不过传统的人工检测方法因其具有低效性及滞后性，加剧桥梁的运营成本及资源配置不合理等问题，现已无法适应桥梁的发展需要。基于此，通过较低的成本建立与桥梁结构相适应的评估方法，并整合到桥梁检测和安全评估系统中，不但能提升检测效率，而且能实时监测桥梁的健康状况，这对制定科学合理的桥梁维护措施和优化资金配置有重要的作用，为社会和经济带来重大的效益。
（二） 桥梁健康检测与安全评价的重要性
近年来随着交通网络的迅速发展和国家经济技术的发展壮大，桥梁在设计和建设的跨度越来越大，功能和形式更加复杂并多样化，以及国家在桥梁建设所花费的巨大投资将会极大的刺激国民经济的发展，20世纪80年代中后期开始国内外多个国家越来越重视到桥梁的安全评估和健康检测工作。我国上海徐浦大桥、虎门大桥、江阴长江大桥、武汉阳逻公路的大桥都建立了健康检测安全评估系统； 江苏润扬长江大桥的结构健康检测系统更加全方位，它的检测包括：对地动脉、大桥的车流量、桥址处的气候环境(风向、风速)、道路车辆荷载状况(车载、车流量、车速)、索塔沉降等[2]。
桥梁建成通车后，随着桥龄的增长，会受到气候、风暴、雨雪等自然因素的影响，加上承受着日益增加的车流量，桥梁便会出现老化及损坏。基于我国经济高速发展的环境下，对交通运输能力提出新的要求，另外，部分桥梁的功能退化现象日益严重。为此，要保障大型桥梁的正常运行，实施有效的桥梁检测和安全评估的工作就显得至关重要。同时，对位于重要的公路及铁路运输枢纽的大型桥梁要加强安全评估力度，排查潜在病害并切实做好桥梁保养工作，这样能够最大程度的节约人力物力，防止因结构损坏而造成交通枢纽断裂，给社会及国家造成重大的经济损失。大型桥梁因缺乏必要的健康监测或安全评估而无法了解桥梁的退化程度，最严重的后果可能会造成桥梁结构性损坏而发生桥毁人忙的事故。在我国，就曾经发生多起因桥梁损害断裂造成的事故，比如济南黄河公路大桥和广州海印桥，这两座大桥因斜拉索出现锈蚀现象而断裂，都需提前更换。再有重庆纂江彩虹桥大桥，因其主体结构坍塌，致使40人死亡以及14人受伤，造成的经济损失达到631万元；宜宾市的南门大桥南北两端曾经先后发生吊索断裂事故，分别造成大桥桥面坍塌40米和20米。在国外，也曾经发生类似的大桥断裂事故，比如在1994年，位于韩国首都汉城（现为首尔）的圣水大桥，中央断断裂50米，并有15米落入江中，此次事故导致32人死亡及17人重伤。大型桥梁结构的安全性问题已经关系到国家财产以及人民的生命安全，因此越来越受到国内外桥梁工程师所重视。
（三） 桥梁健康检测的内容和依据
桥梁健康检测内容及依据主要有：1)荷载：由风、温度、地震和交通等引起的荷载。用以记录风向、风速等进程和历史的风速仪，这些数据经过处理后可以算出风功率谱；用以记录车流通过桥梁的时程历史，监测数据得到系统处理后可计算出交通荷载谱的动态地秤；用以记录温度和温差时程历史的温度计；用以记录地质作用和地震作用的强震仪；用以记录桥梁上车流情况和桥梁上的交通事故的摄像机。2)结构的静动力反应：用力环、磁弹性仪、剪力销等测力计记录主缆、锚杆和吊杆的张力历史；用位移计、倾角仪记录结构静动力变形和转角、支座和伸缩缝静动力相对位移历史；用加速度计记录结构各部位的反应加速度及结构的模态参数；用应变仪记录桥梁构件的静动力应变和应力。3)几何监测：对桥梁各部位的静态位移和位置进行监测，所使用传感器有：位移计、GPS、倾角仪、数字像机、电子测距仪(EDM)等[3]。
（四） 常用检测仪器
常用检测仪器主要有：
1)荷载：由风、温度、地震和交通等引起的荷载。用以记录风向、风速等进程和历史的风速仪，这些数据经过处理后可以算出风功率谱；用以记录车流通过桥梁的时程历史，监测数据得到系统处理后可计算出交通荷载谱的动态地秤；用以记录温度和温差时程历史的温度计[4]；用以记录地质作用和地震作用的强震仪；用以记录桥梁上车流情况和桥梁上的交通事故的摄像机。
2)结构的静动力反应：用力环、磁弹性仪、剪力销等测力计记录主缆、锚杆和吊杆的张力历史；用位移计、倾角仪记录结构静动力变形和转角、支座和伸缩缝静动力相对位移历史；用加速度计记录结构各部位的反应加速度及结构的模态参数；用应变仪记录桥梁构件的静动力应变和应力。
3)几何监测：对桥梁各部位的静态位移和位置进行监测，所使用传感器有：位移计、GPS、倾角仪、数字像机、电子测距仪(EDM)等。
4)具体还有：光纤传感仪器，光纤传感器件，工具式应变传感器，振悬式弧焊型应变计，温度传感器，动态应变加速度传感器，无线静电采集系统，无线动态采集系统。

二 桥梁健康检测的常用方法
（一） 混凝土结构无损检测
混凝土无损检测技术，是在不破坏结构构件的前提下，直接从结构物上测试，定位钢筋位置及测定混凝土强度或损伤，能够实现混凝土的多次检测，广泛适用于建筑工程各阶段混凝土质量的检测。本节要介绍的是超声回弹综合法以及电磁感应法。
所谓超声回弹综合法，基于声速值、回弹值以及混凝土强度三个值的相互关系，在常规条件下，测定混凝土的部分物理量，再通过一系列的计算得出混凝土的特征强度。不过，混凝土作为一种复合物，物质的均匀性差，当采用单一的检测方法来测定混凝土强度，受多种因素作用，最终测定的结果精确度低。若是通过2种或者2种以上的检测方法，对多个物理量进行测定，再分析各个物理量与混凝土强度之间的关系，从而综合分析计算出混凝土的强度。采用综合的检测方法，可以全面地检测混凝土各个影响因素，而且还可以排除某些影响强度的因素，进而可以推算出更为准确和可靠的混凝土强度，这是单一无损检测方法无法达到的。
所谓电磁感应法，就是采用脉冲电磁波射向混凝土结构，致使结构内的金属物（如钢筋）发生电磁感应作用，此时金属物带上感应电流，其周围亦同时产生二次电磁场，再利用专业检测设备来监测混凝土结构内部的电磁场变化，便可对其内部的钢筋进行定位。
（二）混凝土结构半破损检测
半破损检测在不破坏结构承载能力的情况下进行，对结构构件采取钻取混凝土芯样或者局部破坏取样，再通过在实验室进行混凝土强度试验，将试验值与混凝土强度建立相关关系，进而计算出混凝土强度的测试值，比较分析后确定强度的标准值。目前半破损检测比较常用的是钻芯法，另外还有射击法和拔出法等。
所谓钻芯法，就是采用钻芯机、切割机、钻头等配套机具来对试验结构钻取芯样，并对芯样进行抗压强度试验来判断结构构件的强度或者存在的缺陷，无需通过立方体试块或其它参数等环节。具有准确性、直观性等优点，不足之处就是需要会对结构构件造成损伤，而且芯样数量不能过多，试验成本也较高。在国外，钻芯法的使用已经超过数十年，发达国家针对采用钻芯法检测混凝土强度亦都制定相关规程，国际标准化组织也发布了关于《硬化混凝土芯样的钻取及抗压试验》的标准。自1980年起，我国才开始对钻芯法检测混凝土强度的技术展开深入的研究，现阶段我国已普遍应用且完成配套钻芯机的生产和供应，此外还有人造金刚石薄壁钻头、切割机等配套机具，钻机及钻头的种类达数十种。中国工程建设标准化协会发布了《钻芯法检测混凝土强度技术规程》，从2000年开始又对该技术规程进行修订，现已完成征求意见稿。钻芯法在原位上检测混凝土强度与缺陷是其他无损检测方法不可取代的一种有效方法。因此，国内外都主张把钻芯法与其他无损检测方法结合使用，一方面利用无损检测方法检测混凝土均匀性以减少钻芯数量，另一方面又利用钻芯法来校正其他方法的检测结果，以提高检测的可靠性。
（三）钢结构无损检测
钢结构无损检测是在不损害、不影响被检对象使用性能的前提下，利用声、光、磁和电等特性，看被检对象中是否存在不均匀或其他缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，判定被检对象的技术状态是否合格及其剩余寿命，利用这些技术手段对钢结构进行无损检测。常用的方法有：超声检测；射线检测；磁粉检测；渗透检验。
（四）预应力混凝土结构检测
预应力混凝土结构检测由于能获得可靠的质量、较高的单桩承载力和施工效率，并且综合造价也较低，目前在全国范围内的很多地区都得到极其广泛的应用。预应力混凝土结构检测的检测阶包括预应力钢材试验检测和预应力锚具M、夹具J和连接器L检测[5]。

三 桥梁安全评价
（一） 桥梁安全的耐震评价
高速公路的路基、桥梁、隧道及防护工程在施工阶段对防震都采取了相应的措施和对策。日本针对地震震坍护坡的实例，发明了通过护坡耐震模型振动试验进行原因分析，其分析结果有两个：1)破坏要素可能有护坡高度、坡顶土层厚度、护坡土质状况、土质粘着力等；2)地震不同震级的震坍点会引起护坡发生变形或震坍，因为震坍点是为其2倍左右的加速度。
（二） 桥梁安全的荷载评价
荷载的作用可导致桥梁结构的疲劳破坏，也是导致桥梁结构病害发展的最主要的原因。荷载过大会使结构失稳，承载力不足会使构件变形或受力裂缝过宽，导致桥梁的正常使用，同时还能加剧结构钢筋腐蚀，尤其是混凝土受拉区的钢筋。
桥梁荷载试验是指对桥梁进行加载，然后测得桥梁加载后的数据变化，通过试验，可以了解桥梁结构在荷载作用下的工作状态。从而可以判定桥梁结构的形变以及应力是否满足设计的要求，还可以寻求桥梁整体结构的变形规律，了解结构的实际受力状况和工作状况，可以给桥梁投入运营、养护及管理提供科学依据，旧桥结构进行荷载试验还可以给桥梁进行技术加固提供依据。
对桥梁评估最直接的检验方法就是桥梁的荷载试验。通过荷载试验可以更加准确的评价桥梁的工作状态。桥梁荷载试验的任务是根据试验目的和要求来确定。一般地说，桥梁荷载试验的主要任务如下所述。确定桥梁结构的承载力及营运条件，对于重要的桥梁结构，除在设计阶段进行必要项目的试验研究外，通常在桥梁的建成竣工后，通过荷载试验来鉴定桥梁结构的质量和运营条件，分析判断桥梁的实际承载能力[6]。借助荷载试验可以为需改建或加固的桥梁提供相关技术数据，特别是设计资料缺失的旧桥。另一方面，荷载试验能够对新型桥梁或采用新工艺、新材料的桥梁结构实现实际受力分析测试，验证结构的计算图式。找出具有普遍意义的规律，完善桥梁结构计算理论以及施工工艺。分析桥梁的病害原因其变化规律对于遭受到洪水、冰冻、地震，撞击、河床挖坑或冲刷而损伤的桥梁结构或在桥梁建造或使用期间发现有严重缺陷，如过大的变形或裂缝等，常通过桥梁荷载试验进行综合分析研究，提出合理的整治方案和养护措施。检验桥梁结构的内在质量对新型桥梁或加固、改建桥梁进行竣工验收鉴定，以对桥梁结构整体受力性能能否达到设计文件和规范的要求做出评价。检验预期的设计效果。经过荷载试验的桥梁，应根据整理的试验资料分析结构的工作状况，进一步评定桥梁的承载能力，为新建桥梁验收做出鉴定结论，或作为旧桥承载力鉴定核算的依据，并纳入桥梁承载能力鉴定报告和桥梁承载能力鉴定表。
（三） 桥梁安全的河川耐洪能力评价
根据查阅国内对河川桥梁冲刷相关文献，对桥梁受洪水冲刷时，影响桥梁安全的危害程度的因素进行统计整理，并区分为桥梁环境影响程度指标及桥梁耐洪能力危害度指标，确认评估指标项目，完成本方法之评估目标及层级架构。再以层级分析法通过专家问卷方式进行各指标项目之权重，权重决定后与指标项目内容评分分数相乘，即得各指标分数[7]。以桥梁环境影响程度指标为纵轴，桥梁耐洪能力危害度指标为横轴，得到桥梁耐洪风险评估矩阵图，即完成本研究之桥梁耐洪风险评估决策模式。
桥梁耐洪风险评估决策模式建立后，搜集国内北部、中部、南部河系上桥梁基本数据、河川水文数据及评估数据进行案例分析，得各桥梁之风险等级及台风暴雨时之风险排序，评估结果再与桥梁主管机关养护桥梁工程司进行排序之比较，依本方法之风险评估排序皆与专家依据现场经验判断之排序相符。暨有公路桥梁耐洪初评项目系将环境影响程度与桥梁耐洪能力危害度合并评估，本方法将环境影响程度与桥梁耐洪能力危害度分开评估，可得到较精确结果，提供桥梁主管机关于台风暴雨前，对辖管桥梁进行桥梁耐洪风险评估，排序桥梁危险之优先级。
（四） 土石流桥梁安全评价
泥石流(Debris flow)，又称土石流，是指在地形险峻的地区，比如山区或者其他沟谷深壑等，由于暴雨暴雪或其他自然灾害引发的携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性、流量大、流速快、物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。

四 结合工程实例分析
（一） 某大跨度悬索桥结构安全评估
武汉某大跨度悬索桥主桥是一座总体布置为250m+1280m+440m的单跨双铰钢箱梁悬索桥，南引桥为一座65m+4×70m连续刚构混凝土箱梁桥。对于这种大跨度悬索桥结构，影响其安全运营和使用功能的主要结构为：主塔与基础、箱梁、主缆、吊索、锚旋、附属结构等。
（二） 评估指标的无量纲化处理
评估指标的数据主要来源于结构监测或检测。根据数据类型不同，一般产生两类指标：（1）定性指标，即仅对桥梁构件的状态进行语言型描述或简单等级划分，而没有数值结果，如构件表观损伤；（2）数值型指标，即监测数据为数值型的定量描述，一般为一个数值（如构件混凝土强度）或一组数值序列（如悬索桥索力等）。由于指标的评定标准各不相同，评估时，应当对指标数据进行标准化处理。目的就是消除各指标数值不同测量单位的影响，使得所有指标在单位、强度和离散度等方面一致。
标准化处理是通过一定的数学变换来消除指标量纲影响的方法，即把性质、量纲各异的指标转化为可以进行综合评估的一个相对“量化值”。譬如，人们都习惯于采取直线型得出处理方法，但对大多数指标来讲，指标实际值的变化对评估的影响并不是等比例的，而具有非线性影响。因此，当指标处于不同水平时，标准化要作进一步的研究与改善。
（三） 指标评分值制定
在某大跨度悬索桥的结构安全评估过程中，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》将桥梁技术状况评定分为五类(表4-1)。
表4-1 指标评分标准
等级
评分值
外观情况
承载能力
养护措施
一类
90~100
外观良好
性能良好
正常维护
二类
75~90
基本完好
基本正常
局部修补
三类
60~75
轻度缺失
略为降低
局部修复
四类
50~60
中度缺损
中度降低
局部加固
五类
0~50
严重缺损
显著降低
整体加固

（四） 指标权重的确定
指标权重的确定需要通过专家调查表获得各层的判断矩阵。根据一般的经验，专家对各指标间的相对重要性认识并不统一，调查表中会出现大量逻辑判断错误，导致无法分析这些数据，从中获取权重。为了解决这个问题，应采用给予专家充分说明，并对指标间相对重要性的值进行提示，在让专家填写调查表的方法。参考的权重是采用了已有资料中比较科学的桥梁部件权重，这些权重是根据大量的调查获得的，具有一定的参考价值，但由于没有针对具体的桥型进行划分，所以也不是非常精确。
（五） 基于变权综合原理的全桥结构安全评估算例
（1）变权综合原理
对于大跨悬索桥这样的复杂结构，在对其整体结构的安全性能进行评估时，需要综合考虑多方面因素的影响。对桥梁结构的安全性能进行评估（采用打分形式或确定其优劣等级）所使用的方法一般是常权评估方法，即同一层指标的权重在评估过程中不作改变。这样就造成了评估模型中某个指标的评语发生重大变化时往往不能在常权综合评估结果中明显地表现出来，从而可能引起对桥梁某些损伤、病害的忽视或是造成评估结果的不准确。而变权原理考虑到了评估的均衡性，能客观准确地评价出桥梁地工作状态。因此对于某大跨度悬索桥这样的大跨度悬索桥梁，评估中在确定指标权重时采用了变权综合原理的评估方法。
（2）算例
目前，结构安全评估技术在桥梁结构健康监测中的应用还处于探索阶段，对底层指标的划分和数据获取、有效数据的积累都还有待完善，对桥梁结构进行完整、准确的评估还比较困难。实际操作中应该结合某大跨度悬索桥结构健康监测系统采集的数据和定期观测的结果，对全桥进行了安全性能的数值模拟评估。其中应当指出的是：当桥梁结构构件由于老化或者突发事件而产生破坏时，通过对桥梁结构局部安全状况进行评估，得到损伤位置、程度，然后直接对受损结构进行承载能力评估，得出维修、加固或者更换该构件的决策。桥梁结构的健康监测系统、安全评估的有机结合，构成一个较为完整的对桥梁结构健康状态进行监测的系统，能有效地确保大型桥梁结构的安全性。

五 结论与建议
桥梁设计理论和施工技术的不断进步使得桥梁跨度不断有新的突破，结构形式也日趋复杂，这些都决定了桥梁结构的健康监测与安全评估的必要性和急迫性。随着大跨度桥梁在交通运输中的地位日益重要，信息、通讯和传感技术的不断成熟，建立大型桥梁的结构健康监测与安全评估系统已成为桥梁界的研究热点之一。传统的桥梁检测手段以人工巡检为主，无法完成对结构的实时监控，检测结果的滞后性和主观性使得桥梁管理层和决策层无法做出及时的科学判断，因而也无法采用低成本高效益的桥梁管养方法。实际中，国内外陆路交通网中的老龄桥梁数目不断增加，很多桥梁结构己经出现了严重的功能退化；在我国，随着基础建设事业的蓬勃发展，桥梁建设也逐步进入一个高峰期，这桥梁检测与监测以及对结构设计合理性的验证都提供了一个契机。在这种形势下，建立行之有效的桥梁结构健康监测与安全评估系统具有及其重要的意义。
(一) 应开发基于GPRS/CDMA无线网络的远程数据采集系统
针对实际工程中桥梁现场组网困难、对监测系统运营初期数据的需求等问题，对各种数据采集传输方式进行了研究比较发现，GPRS/CDMA无线网络具有永远在线、快速登录、按量收费、组网简单等优势，其应用更贴近于桥梁在线实时监测的数据采集与传输需求。在吸收和采用己有成果的基础上，结合相关领域的应用研究，构建了基于GPRS/CDMA无线网络的桥梁健康监测数据采集与传输系统，会在实际工程中获得了较好的效果。
(二) 桥梁结构健康监测软件系统构架设计
监测系统中的软件应用众多，涉及数据采集与传输、数据处理分析、数据存储管理以及前端的展示等，如何将这些应用中的不同软件集成到一个平台上，关系到监测系统是否能高效可靠运行。在研究现有各种软件架构的基础上，面对监测系统的远程访问、实时监测、在线数据分析与评估等特点，采用C/S与B/S相结合的软件系统构架，并引入ASP.NETAJAX等WEB前端优化技术，对B/S模式进行扩展。实际工程中的应用表明这种相结合的软件系统构架，既能满足大数据的分析处理，提高服务器端的处理能力，又能减轻客户端的负担，降低网络通讯数据流量，势必会带来较好的客户端体验。
(三) 分布式异构数据库集成模型设计
在大型桥梁结构健康监测系统的布设现场，各数据采集站分布在不同的位置，其数据库的管理在地理和逻辑上均呈现分布性和独立性，采集数据的存储格式也因采集设备不同而异。设计了一种分布式异构数据库集成模型，保证了数据武汉理工大学硕士学位论文管理系统快速响应查询，提高了管理系统的容错性。在实际开发过程中，充分利用ADO.NET提供的高性能数据流优，对数据管理模型中的全局模式进行扩展，保证了管理系统的实时性。
(四) 采用数据仓库技术面向桥梁管理中的决策分析
在长期运营过程中，监测系统积累了海量的数据，如何从这些数据中提取有效数据表征物理结构的变化，为决策分析提供支持，是现有大部分桥梁结构健康监测系统面对的重大问题。在大型桥梁结构健康监测系统中，采用ROLAP方式建立数据仓库模型，针对结构分析对数据的需求，定制不同的主题域，为用户提供高效的数据查询和分析，为桥梁管理层的养护决策提供科学依据；通过对数据仓库采用分组技术，实现对海量数据的有效管理，并能提高对数据仓库的访问速度。
(五) 数据预处理与趋势分析
在完成对大量实采数据的分析基础上，发现动、静态数据表现出不同的误差特征。引入误差理论，对实时采集数据进行预处理，采用数理统计的方法提取数据中的特征值，对WEB前端显示的数据进行平滑，消除了系统误差带来的分析影响。通过对数据仓库中数据的高速查询，采用单参数趋势分析和多参数对比趋势分析，可以发现结构的异动，验证系统的可靠性，为结构损伤识别和系统维护决策提供科学依据。
(六) 采用变权综合层次分析法对桥梁结构进行安全评估
采用层次分析法将影响桥梁结构安全状态的各种因素条理化、层次化，建立多层的综合评估体系。通过综合专家打分表，确定各指标的初始权重，对评价指标进行无量纲化处理，从结构健康监测系统和定期检测中提取数据，采用变权综合原理对桥梁结构进行安全评估，有效的降低了评估系统中的主观性，并能凸显重大缺陷构件对评估结果的影响，评价结果更符合客观实际状态。

致谢

参考文献
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