隨著社會的發(fā)展，人們對橋梁的安全性、耐久性與正常使用的日漸關注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應運而生。橋梁健康監(jiān)測的基本內涵是通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁維護與管理決策提供依據(jù)和指導。
鑒于目前國內外已經(jīng)建立了許多橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，例如，英國在總長522m的三跨變高度連續(xù)鋼箱梁橋Foyle橋上布設傳感器，挪威的Skarnsundet斜拉橋（主跨530m）、丹麥主跨1624m的Great Belt East懸索橋、英國主跨194m的Flintshire獨塔斜拉橋等等。以及我國也已經(jīng)在一些大型重要橋梁上建立了不同規(guī)模的結構監(jiān)測系統(tǒng)，如香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋，內地的上海徐浦大橋以及江陰長江大橋等。因此，有必要對一些具有重要意義的橋梁進行實時監(jiān)測。
一、朔黃鐵路橋梁問題 （重載 疲勞次數(shù) 軸重增加 年運量）
目前，朔黃鐵路年運量已突破2億噸，有效地緩解了運量需求與運輸能力的矛盾。為了滿足經(jīng)濟快速發(fā)展的需要，通過采取重載、提速措施進一步提高運輸能力。重載提速以后對鐵路線路產(chǎn)生較大的影響，尤其對鐵路橋梁的健康造成不利的影響，主要有：①橋梁受到動荷載作用加強；②影響橋梁動力系數(shù)的因素變化；③重載提速后，除軸重增加外，軸對數(shù)遠遠高于之前列車，對橋梁的梁部耐久性產(chǎn)生不利的影響；④對軌道結構產(chǎn)生破壞作用；⑤會導致橋涵的損傷甚至疲勞破壞。
大秦鐵路開展多種項目對線路、橋梁和路基進行有針對性的研究，為安全運營與管理提供了非常重要的依據(jù)。如《精軋螺旋鋼筋先張部分預應力混凝土梁》項目，主要研究了梁體開裂后的疲勞性能和裂紋寬度的控制；《大秦線2萬t貨物列車條件下線橋設備試驗研究》主要研究了開行2萬t貨車對大秦線軌道、橋梁和路基的動力性能的影響；《大秦線2萬t級重載列車對既有橋梁上部結構的影響》主要研究重載貨車對橋梁外荷載的影響。
問題：
朔黃鐵路運行10年以來，部分橋梁的桿件、梁體出現(xiàn)裂紋、斷裂，隨著開行萬噸列車的增多，會更多的出現(xiàn)疲勞、斷裂等故障。因此，需要建立朔黃鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測這些易發(fā)故障，評價橋梁的運營性能，為橋梁的安全運營和管理提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。（文字修飾）
問題的解決辦法 上健康監(jiān)測系統(tǒng)
老方法 傳感，處理
新方法
怎樣發(fā)現(xiàn)缺陷，探測方法（機理），處理方法、算法
改進點，提高點
二、新方案的提出 新方案的特點
根據(jù)現(xiàn)有國內外橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的成功經(jīng)驗以及朔黃鐵路橋梁的特點，我們提出了一種新方案。新方案采用傳感器技術、激光測距技術、聲發(fā)射技術、高速照相技術，可以實現(xiàn)：對橋梁的撓度、振動、應力、軸重進行動態(tài)傳感；車廂的運動姿態(tài)；梁體、桿件裂紋的產(chǎn)生和裂紋性能；輪軌位置關系的測量；實時分析、處理這些傳感器數(shù)據(jù)，依照多項技術指標來評價橋梁的健康狀態(tài)和安全隱患。
系統(tǒng)規(guī)模：小中大。
三、系統(tǒng)的組成
朔黃鐵路橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由現(xiàn)場測量系統(tǒng)、遠程控制中心系統(tǒng)及分析中心系統(tǒng)三大部分組成：
1.現(xiàn)場自動測量系統(tǒng)
主要對橋梁現(xiàn)場的應變、溫度、撓度、振動及軸重傳感器、聲發(fā)射傳感器進行數(shù)據(jù)采集；采集激光測距儀所接收的信號；采集高速照相機所拍攝的照片。預處理采集到的數(shù)據(jù)、信號、照片，通過TCP/IP協(xié)議的單片機向遠程控制中心系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.遠程控制中心系統(tǒng)
主要對傳輸過來的采集數(shù)據(jù)進行存儲，系統(tǒng)控制命令的發(fā)送，數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算。系統(tǒng)采用NI公司的LabVIEW通過TCP/IP接收由下位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進行原始數(shù)據(jù)處理與分析，當出現(xiàn)異常時進行報警，能以報表圖形等方式顯示橋梁結構的應變、撓度變形等參數(shù)的變化趨勢，并向分析中心傳遞數(shù)據(jù)。
3.分析中心系統(tǒng)
主要對采集系統(tǒng)采集到的原始數(shù)據(jù)及與處理后的數(shù)據(jù)進行分析判斷，對監(jiān)控期間的橋梁運營工作狀況進行評價，為橋梁的養(yǎng)護維修提供建議。分析中心系統(tǒng)是整個健康監(jiān)測系統(tǒng)最為主要的部分，需要運用科學的方法，建立反映橋梁健康狀態(tài)的數(shù)學模型。
四、系統(tǒng)研究的主要內容
?。ㄒ唬┫到y(tǒng)研究的主要內容
1）應變監(jiān)測系統(tǒng)：主要監(jiān)測橋梁在運營期間內，在活載及長期荷載作用下，橋梁各主要測試截面應力變化情況，從而預警橋梁結構是否有缺損狀態(tài)的潛伏或存在，保證橋梁強度及安全使用的要求；
2）振動監(jiān)測系統(tǒng)：主要測量橋梁振動位移、速度和加速度，判斷橋梁的振動特性，可以為評價應變、撓度等橋梁特性提供有效的參考補償；
3）撓度監(jiān)測系統(tǒng)：主要監(jiān)測橋梁在運營期間內，在活載及長期荷載作用下，橋梁各主要測試斷面位移變化情況，從而預警和掌握橋梁結構剛度變化情況及徐變作用情況；
4）溫度監(jiān)測系統(tǒng)：實時采集橋梁周圍環(huán)境溫度，分析在不同環(huán)境溫度狀態(tài)下橋梁工作狀態(tài)的變化（如撓度、應力的變化）；
5）動態(tài)軸重監(jiān)測系統(tǒng)：使用車輛動態(tài)軸重監(jiān)測系統(tǒng)，可對橋梁上通過的車輛進行監(jiān)測記錄，掌握活載情況，為分析橋梁結構撓度變形、應力及動力性能的監(jiān)測數(shù)據(jù)提供依據(jù)；
6）車體運行姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)：
7）輪軌相對位置關系：測量輪軌相對位置關系，可以評價列車的走行性能，為保證行車安全提供參考依據(jù)；
8）鋼梁裂紋監(jiān)測系統(tǒng)：發(fā)現(xiàn)監(jiān)測到鋼梁上的裂紋，并定位裂紋，監(jiān)測裂紋擴展情況，及時報警；
?。ǘ┫到y(tǒng)需要解決的問題
1）采用精準的傳感器對橋梁的振動、撓度、應變、軸重、溫度進行準確的動態(tài)傳感，實時測量出橋梁的振動特性、撓度變化曲線、應變特性、軸重、溫度值；
2）基于聲發(fā)射技術的梁體、桿件裂紋檢測與定位
3）橋梁的振動運動對輪軌位置關系的影響
4）實時監(jiān)測車廂的運行姿態(tài)，實時評價走行性能
五、系統(tǒng)的功能
（1）實時監(jiān)測橋梁的撓度信號 能夠形象直觀的看到列車經(jīng)過時橋梁彎曲、變形（自行研制的撓度儀 連通管） 上下游兩側的撓度
?。?）實時監(jiān)測橋梁的振動信號 橫向振動 豎向振動 （振動傳感器）
（3）實時監(jiān)測橋梁的應力信號 （應變片）
?。?）實時監(jiān)測環(huán)境溫度的變化（溫度傳感器）
?。?）車輛的軸重（壓電傳感器）
（6）實時顯示列車車廂運行姿態(tài)
?。?）檢測鋼梁上是否存在裂紋，并計算出裂紋的準確位置
?。?）鋼梁振動運動對輪軌相對位置關系的影響 梁的運動與軌的運動
（9）系統(tǒng)全天候工作
?。?0）采用光纖以太網(wǎng)通訊（光纜）或3G網(wǎng)絡向遠程進行數(shù)據(jù)傳輸
系統(tǒng)的創(chuàng)新技術
1） 自行研制的液體連通管光電式撓度傳感器
2） 創(chuàng)造性的提出了鋼梁振動運動對輪軌相對位置關系的影響；
3） 采用激光測距技術監(jiān)測車廂的運行姿態(tài)；
4） 聲發(fā)射技術對鋼梁上是否存在裂紋進行檢測與定位。
六、系統(tǒng)的構架、結構框圖
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鋼架橋
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T梁橋
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連續(xù)剛構橋
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振動系統(tǒng)
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應變系統(tǒng)
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撓度系統(tǒng)
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溫度系統(tǒng)
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軸重系統(tǒng)
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車廂晃動
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聲發(fā)射技術
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輪軌接觸關系
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裂紋擴展
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不同橋型所需建立的監(jiān)測內容。
T梁 連續(xù)剛構（預應力） 梁體開裂后的疲勞性能和裂紋寬度的控制
鋼桁梁判斷發(fā)現(xiàn)裂紋 定位 對裂紋的發(fā)生和發(fā)展
參考文獻：
《大秦鐵路開行2萬t級重載列車對既有橋梁上部結構的影響》左家強
系統(tǒng)規(guī)模
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小系統(tǒng)
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中系統(tǒng)
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大系統(tǒng)
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撓度系統(tǒng)
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振動系統(tǒng)
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應變系統(tǒng)
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聲發(fā)射技術
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輪軌接觸關系
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