橋梁建成以后，由于受氣候、環(huán)境因素的影響，結(jié)構(gòu)材料會(huì)被腐蝕和逐漸老化，長期的靜、動(dòng)力荷載作用，使其強(qiáng)度和剛度隨著時(shí)間的增加而降低。這不僅會(huì)影響行車安全，更會(huì)使橋梁的使用壽命縮短。對橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行檢測與監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上對其安全性能進(jìn)行評(píng)估是橋梁運(yùn)營日常管理的重要內(nèi)容。橋梁健康監(jiān)測具有十分重要的作用。
橋梁工程實(shí)際運(yùn)營中病橋不斷出現(xiàn)，其相應(yīng)的承載能力評(píng)定工作日顯重要。大量的文獻(xiàn)資料顯示，大跨度橋梁運(yùn)營期病害與事故主要集中在主梁、橋墩的裂縫和變形、以及索力變化等方面。主梁是橋上部結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu)，不僅承受彎矩，同時(shí)也承受各種水平分力作用，處于受組合力狀態(tài)。主梁及橋面板在橋梁運(yùn)營階段出現(xiàn)最多的病害就是主梁腹板、頂板出現(xiàn)裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因很多，如荷載作用、混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎(chǔ)的不均勻沉降以及鋼筋的銹蝕等。許多裂縫往往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結(jié)果。橋墩病害的主要表現(xiàn)為墩偏位和混凝土裂縫。裂縫的原因與上述主梁發(fā)生裂縫的原因基本相同。所以了解橋梁的極限狀態(tài)、承載潛力以及剩余壽命等對橋梁的合理利用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
該結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過采集大跨度橋梁主梁的應(yīng)變、裂縫、加速度、溫度等數(shù)據(jù)為承載能力評(píng)定和健康狀況評(píng)估提供依據(jù)。為確保橋梁安全運(yùn)營、延長橋梁使用壽命，早期發(fā)現(xiàn)橋梁病害和節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用，建設(shè)該大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。
該大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)集傳感器技術(shù)，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)于一體，為使其成為一個(gè)功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，能真正長期用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評(píng)估，滿足橋梁養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營的需要，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，現(xiàn)遵循如下設(shè)計(jì)原則：
1）遵循簡潔、實(shí)用、性能可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則；
2）系統(tǒng)設(shè)置首先需滿足大橋養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營的需要，立足實(shí)用性原則第一，兼顧考慮科學(xué)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證等方面因素。
3）根據(jù)結(jié)構(gòu)易損性分析的結(jié)果及養(yǎng)護(hù)管理的需求進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。
4）監(jiān)測與結(jié)構(gòu)安全性密切相關(guān)內(nèi)容，主要監(jiān)測一些有代表性的結(jié)構(gòu)、必須進(jìn)行監(jiān)測的重要結(jié)構(gòu)以及日常養(yǎng)護(hù)無法檢查或檢查非常困難的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
5）從動(dòng)力、靜力、耐久性對結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，力求用最少的傳感器和最少的數(shù)據(jù)量完成工作。
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全預(yù)警系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容包括鋼箱拱、承臺(tái)、橋面、吊桿、系桿等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中，鋼箱拱健康監(jiān)測內(nèi)容設(shè)計(jì)包括鋼箱拱拱內(nèi)的應(yīng)變、溫度、濕度監(jiān)測，三角剛構(gòu)的應(yīng)變、溫度監(jiān)測以及混凝土拱座的裂縫與溫度監(jiān)測；承臺(tái)監(jiān)測包括裂縫、溫度監(jiān)測；橋面監(jiān)測包括振動(dòng)、環(huán)境狀況監(jiān)測；吊桿監(jiān)測內(nèi)容即為索力監(jiān)測；系桿監(jiān)測內(nèi)容包括應(yīng)變、應(yīng)力監(jiān)測。
橋梁健康監(jiān)測及安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)綜合了現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、信號(hào)處理與分析、數(shù)據(jù)管理方法、計(jì)算機(jī)視覺、知識(shí)挖掘、預(yù)測技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析理論和決策理論等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，極大地延拓了橋梁檢測領(lǐng)域的內(nèi)涵，提高了預(yù)測評(píng)估的可靠性。
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)，總的目標(biāo)是通過測量反映環(huán)境激勵(lì)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)狀態(tài)的某些信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁的工作性能和評(píng)價(jià)橋梁的工作條件，以保證橋梁的安全運(yùn)營，并為橋梁的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)。與傳統(tǒng)的橋梁檢測方法（包括眾多的無損檢測技術(shù)）不同，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)，重在診斷可能發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷或?yàn)?zāi)難的條件和環(huán)境因素，評(píng)估結(jié)構(gòu)性能退化的征兆和趨勢，以便及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)維修措施。而傳統(tǒng)的檢測方法，重在損傷發(fā)生后檢查損傷的存在，并采取維修加固的手段。因此，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)的概念具有革命性的變革。
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)，主要功能包括：（1）確認(rèn)橋梁的實(shí)際性能，確保滿足設(shè)計(jì)要求；（2）增加對橋梁結(jié)構(gòu)安全程度的把握，確保大橋能長期安全使用；（3）服務(wù)于大橋的橋梁的養(yǎng)護(hù)綜合管理系統(tǒng)，減少非重點(diǎn)部位的人工檢查次數(shù)，在意外發(fā)生期間和事后評(píng)估安全度，輔助和改進(jìn)橋梁的檢測方法，為橋梁的維護(hù)決策提供依據(jù)。
橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量應(yīng)用新材料、新技術(shù)，其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)，必須根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地理環(huán)境及系統(tǒng)目標(biāo)，結(jié)合國內(nèi)外的最新研究成果和經(jīng)驗(yàn)，對監(jiān)測系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、歸檔及結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估體系等，進(jìn)行總體技術(shù)設(shè)計(jì)與研究，確保系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，能真正為橋梁健康評(píng)估和養(yǎng)護(hù)維修發(fā)揮重要作用。
