桥梁结构连续变形监测技术

赫彦斌 1 聂翔 2 王鹏军 3

摘要：随着我国经济的发展需求，我国桥梁工程建设数量和规模也不断提高，在为人们提供出行和物流便利的同时，桥梁的结构质量和安全也成为重要的内容，在桥梁工程建设和使用过程中，为了确保桥梁的建设质量和使用安全，需要加强对于桥梁结构连续变形的监测。在越来越多的监测工程实施过程中，我国已经形成了较为完备的监测管理制度和标准，相关桥梁结构连续变形监测技术理论和设备也发展较快。本文从桥梁工程结构连续变形监测技术入手，展开主要技术的特点分析。

关键词：桥梁；结构；连续变形；监测技术

0 引言

　　在我国路桥工程配套建设过程中，越来越多的地形地貌和城市化人口大规模集聚，造成我国立交桥和各种桥梁的规模体量不断提高，对于桥梁结构的精度要求也不断提高，少量的设计和施工误差，在施工和使用过程中，较大的工程桥梁建设规模可能达到较大范围的累积，从而给桥梁结构安全造成严重威胁。为了适应我国综合性、立体交通系统的发展需求，加强对于建设和运营过程中的桥梁结构连续变形的监测，及时观测和分析桥梁结构安全发展趋势，做好相应的技术和施工处理，保障桥梁正常的施工质量和使用寿命安全，具有重要的意义。

1 桥梁监测及其意义

1. 桥梁工程作为一项永久性工程，受到基础面积较小，跨度较小等方面的原因影响，在日常行车荷载的作用下，受到具备荷载频繁改变和外界风力的作用以及地质灾害和地震的影响，容易发生结构的变形和失稳，造成重大的安全事故和交通运输体系瘫痪等严重后果，因此，为了降低安全损失和及时发现问题，有针对性的开展桥梁结构的加固和稳定等措施，需要对桥梁的结构开展连续性的变形监测，加强对于监测数据的及时分析和统计，实现桥梁结构问题的预警和及时的整改。（2）一般而言桥梁结构监测根据监测的时间分为连续性监测和不连续监测，部分桥梁监测工程采用定期监测和重点监测等较为灵活的结构变形监测形式，都需要根据桥梁的使用状况和自身地质情况而定，开展桥梁监测的内容也较为广泛，在桥梁结构监测过程中，一般需要对桥梁的外观尺寸进行监测，包括垂直度、弯沉值和荷载变形等开展监测数据的记录，另外，还需要加强对于桥梁的强度、温度、声波震动等方面的监测。一般而言，具体的桥梁结构监测的内容需要根据具体情况确定，最为常用的为采用震动与声波开展桥梁结构变形监测，大型桥梁还需要增加强度、震动以及外部尺寸变化等监测内容。如果难以确定监测对象，应当进行多指标的桥梁结构变形监测同时开展的方式，选取桥梁数据灵敏度相对较高的数据开展连续跟踪监测。　

2 监测诊断方法

　（1）模式诊断。结合桥梁结构连续变形监测数据开展数据的在线和离线统计与分析，在分析数据过程中，建立与数据相匹配的向量和特征向量集合，建立起桥梁结构连续变形病害的模式，通过求解特征向量并判别函数的分离来确定桥梁结构连续变形的发展趋势，实现问题的诊断。（2）专家诊断。对于较为综合性的桥梁结构问题，在开展连续变形监测的基础上，通过数据整理和分析可以预测多种发展趋势，利用专家到现场开展实际的调研，利用直接的感官来凭借经验确定和诊断桥梁结构问题。（3）模糊分析。面对桥梁结构连续监测变形数据的分析，特别是随着荷载通行数量的不同而具有较大的差异时，可以采用模糊数学的方式，实现数集求解，找出桥梁结构发展趋势的最大可能。（4）神经网络。在开展神经网络人工方法诊断桥梁结构病害问题过程中，需要加强第一步的学习和筛选，确定核实的算法网络模型，确定动态特征向量的取值和输入参数，形成期望值的输出和收敛，在实际参数过程中，通过既定数值的输入，比较输出数据的对应状态。（5）数据库比对。通过对于大量桥梁结构连续变形监测数据进行整理和归纳，形成一定的专业数据库，在新的数据采集过程中，可以通过对比数据库的数据，准确的预测后续的发展状况和制定有益的措施。

3 监测要点

　（1）数据监测。采用专业的桥梁结构监测设备，确保相关数据的连续监测，抓住重点监测断面开展连续监测数据的汇总，实时上传到控制终端进行分析和监测。例如，应变监测代表着应变的发展状况，对于桥梁结构连续变形具有重要的影响，应当作为桥梁结构监测的重要内容。对于桥梁结构连续变形监测的数据较多，可以实现自动化综合测试数据的采集，利用专业模块系统完成各项工作。（2）变形监测。桥梁结构变形的监测过程中，应当重视对误差的控制和人为偏差的限制，一般需要固定专门的工作人员和专业的监测设备，在特定的环境温度和风力等状况下，使用特定的荷载状况和特定的监测位置开展桥梁变形的精确定位技术，开展变形监测工作，监测需要持续一昼夜，每小时开展一次监测。（3）提高重视程度。对于桥梁的建设单位和使用维护单位而言，一定要在自己负责的范围内，充分重视对于桥梁结构变形的监测工作，抓住不同的风力和环境状况，在不同的荷载情况下，加强对于桥梁结构变形情况的数据搜集和分析，切实对于桥梁的安全和正常使用作出客观的评估，确保国家财产和人民的生命得到保障，及时处理和预警发现的问题，提高桥梁的有针对性的维护管理。

4 发展趋势和新技术

　（1）卫星定位技术。在进行桥梁结构变形监测过程中，为了提高定位坐标点的精度，一般需要采用卫星定位技术确定基准点和基准线，常用的GPS和北斗系统等，利用基准站、监测站和通信系统等，通过多颗卫星作为基准开展桥梁结构变形的监测。（2）角度测量方法。利用激光技术和光学原理，将桥梁结构连续变形的状况进行放大，实现数据的整理和分析，得到桥梁的变形趋势的跟踪和分析，便于实时对于不同荷载状况和自然状态下的桥梁变形数据的确定。（3）其他。在对桥梁开展监测过程中，对于桥梁裂缝可以采用红外热像仪进行监测，采用温度成像技术和神经静脉仿生裂缝监测等新的理论和技术，加强对桥梁变形和病症的及时、准确的判断，便于及时制定处理措施，避免进一步损坏。　

5 结束语

　　在桥梁结构连续变形监测技术方面，我国随着测量和力学分析以及数学模型理论的日益成熟和扩大应用，已经有了较为成熟的监测体系。但是，应当加强行业内部和相关领域的合作和改进，提高测量设备的精度和使用范围，降低监测成本和难度。

参考文献： 　　

1. 李鹏博，胡志刚，周仁宇.基于观测值域的多路径消除方法及其在GNSS实时变形监测中的应用[J].大地测量与地球动力学，2018，38（08）：840-845.

2. BDS/GPS单历元阻尼LAMBDA算法及其在边坡变形监测中的应用效果分析[J].大地测量与地球动力学，2017（08）.

3. 赵丽荣，郭震山.光纤传感技术在黄土边坡变形监测中的应用研究[J].山西交通科技，2018，（06）：23-24，30.

4. 姜世英.无线桥梁结构监测系统应用[J].市政设施管理，2017（6）：12-14.

5. 魏洁，胡向德，陈海龙，et al.基于GPS静态定位法监测数据分析与塌陷特征认识[J].中国煤炭地质，2018，30（03）：53-58.

6. 高浩，许蔚，吴永红，等.某大桥施工中线形仿真及应力监测研究[J].低温建筑技术，2018（3）：65-68.

7. 王孟英，何晓玲，孙强.GPS技术在矿山边坡变形监测中的应用研究[J].中国设备工程，2019，（04）：141-142.

8. 张亚，王海珍，王涛.基于三维激光扫描技术的矿區边坡变形监测研究[J].中国锰业，2018，36（05）：188-191.