中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
在現(xiàn)階段，已被實(shí)施的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要針對大型橋梁的一般性需求，本文中交路橋科技從監(jiān)測方案設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，通過定制常規(guī)橋梁的監(jiān)測方案來最大程度提高傳感器及監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用效率，減少由于標(biāo)準(zhǔn)化全面監(jiān)測所帶來的傳感器冗余以及額外的成本與能耗。
（1）靶向感知思路
在充分了解各橋梁健康監(jiān)測手段特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首先針對不同類型的橋梁進(jìn)行主要病害和風(fēng)險(xiǎn)源的識別、分析和評估，建立起一系列常規(guī)橋梁典型病害與養(yǎng)護(hù)需求的輕量化監(jiān)測場景，包括鉸縫易損空心板梁橋、易傾覆獨(dú)柱墩橋梁、重載交通橋梁、船舶撞擊高風(fēng)險(xiǎn)橋梁等。其次，根據(jù)分析結(jié)果，遵循“一橋一策”的原則，選擇與目標(biāo)橋梁主要病害及風(fēng)險(xiǎn)源關(guān)聯(lián)最密切的橋梁參數(shù)作為監(jiān)測指標(biāo)。最后，選擇適宜的輕量化技術(shù)手段與相應(yīng)的測點(diǎn)布置，實(shí)現(xiàn)針對于目標(biāo)橋梁的精準(zhǔn)監(jiān)測。以上面向目標(biāo)橋梁主要病害及風(fēng)險(xiǎn)源的橋梁靶向感知監(jiān)測方法的設(shè)計(jì)流程如下圖所示。
（2）鉸縫易損的空心板梁橋
空心板梁橋各板梁的動位移響應(yīng)是鉸縫損傷識別和評估所需的關(guān)鍵信息，在相對位移法中，通過鉸縫兩側(cè)板梁間發(fā)生的相對位移來實(shí)現(xiàn)損傷鉸縫的定位。在鉸縫損傷的評估中，基于動位移響應(yīng)所建立的荷載橫向分布影響線是角縫等效剛度計(jì)算的基礎(chǔ)。由此可以看出，針對空心板梁橋鉸縫損傷的靶向感知監(jiān)測指標(biāo)應(yīng)為各板梁的動位移響應(yīng)。對于各板梁動位移的監(jiān)測，在線相機(jī)變形監(jiān)測系統(tǒng)可充分發(fā)揮其多點(diǎn)同步監(jiān)測的優(yōu)勢。盡管獲取各板梁的動態(tài)加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過頻域積分法同樣可將其轉(zhuǎn)換為動位移數(shù)據(jù)，但在各梁板部署加速度計(jì)的方法復(fù)雜，所需加速度計(jì)數(shù)量多，且難以獲得在時(shí)間上同步的響應(yīng)數(shù)據(jù)。由此，可設(shè)計(jì)出針對鉸縫易損的空心板梁橋的靶向感知監(jiān)測方案。在線相機(jī)被安裝于橋梁支座處，在各個(gè)梁板的跨中處，均安裝有紅外陣列靶標(biāo)，利用在線相機(jī)多點(diǎn)同步監(jiān)測的能力，可在橋面荷載作用下實(shí)時(shí)的獲取空心板梁橋各梁板跨中的豎向變形值。如此布置，即可在不中斷交通的情況下實(shí)時(shí)識別并定位鉸縫可能發(fā)生的損傷，并評估其損傷程度。
（3）易傾覆的獨(dú)柱墩橋梁
獨(dú)柱墩是公路橋梁中常見的一種形式，其經(jīng)濟(jì)美觀、占地面積小，目前應(yīng)用較為廣泛。然而在車輛偏載作用下，獨(dú)柱墩單支點(diǎn)的支承形式對于橋梁結(jié)構(gòu)整體抗傾覆穩(wěn)定性十分不利。獨(dú)柱墩橋梁梁體在車輛偏載的作用下轉(zhuǎn)動角度增大，支座處的支撐體系無法繼續(xù)提供有效約束，隨著轉(zhuǎn)角的進(jìn)一步增大，梁體開始出現(xiàn)側(cè)向滑移，并可能造成上部結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形的持續(xù)增大并趨于發(fā)散，最終引發(fā)梁體橫向失穩(wěn)垮塌。
在每一個(gè)獨(dú)柱墩橋梁傾覆臨界狀態(tài)中，橋梁支座轉(zhuǎn)角的變化是判斷獨(dú)柱墩橋梁傾覆風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。同時(shí)，由于獨(dú)柱墩橋梁的失穩(wěn)傾覆破壞是突然發(fā)生的，因此有效的監(jiān)測預(yù)警將是在一定安全冗余度的情況下，保證獨(dú)柱墩橋梁支座轉(zhuǎn)角在最大限定的范圍內(nèi)。對于可能發(fā)生傾覆的獨(dú)柱墩橋梁應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其最不利位置處支座的轉(zhuǎn)角響應(yīng)。在線相機(jī)可以遠(yuǎn)距離同步監(jiān)測多個(gè)測點(diǎn)的轉(zhuǎn)角，并可通過其自身的邊緣計(jì)算與通訊能力對獨(dú)柱墩橋梁可能發(fā)生的傾覆風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的評估和預(yù)警，監(jiān)測系統(tǒng)部署示意圖如下圖所示。針對易傾覆獨(dú)柱墩橋梁的靶向感知方法的關(guān)鍵是，如果監(jiān)測到的轉(zhuǎn)角在橋梁運(yùn)營過程中頻繁超過設(shè)定的最大容許閾值，則可以判定該橋梁存在潛在的傾覆風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)橋梁的治超限載管理是防止傾覆事故發(fā)生的根本途徑。
中交路橋科技依托勘察、檢測（含特檢）、設(shè)計(jì)等傳統(tǒng)行業(yè)能力，可提供“檢、診、修、應(yīng)”的全生命周期綜合一體化服務(wù)，推動城市安全風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新，提升城市安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)隱患發(fā)現(xiàn)、防范、化解、管控的智能化水平，為推動城市安全發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。在邁向智慧城市的新時(shí)代征程中，中交路橋科技有限公司將始終堅(jiān)守安全底線，不斷完善和優(yōu)化城市安全運(yùn)行綜合服務(wù)平臺，為城市的平穩(wěn)運(yùn)行貢獻(xiàn)科技力量。
