基于城市桥梁集群监测平台的系杆拱桥健康监测研究

黄武彬

摘要：伴随城市发展速度的逐渐提升，若单纯应用传统桥梁管理手段将无法满足城市设施的公共安全保障需求。因此，以城市桥梁集群检测平台为基础针对常见系杆拱桥做科学健康监测，具有极为重要的现实意义。本文简述了城市桥梁集群监测平台的设计思路，并以此为基础深入分析了针对系杆拱桥的常用健康监测手段。

关键词：城市桥梁集群监测平台；系杆拱桥；健康监测

引言：作为组合式桥梁的一种，系杆拱桥的优势在于跨度范围广且造价合理，具有极高的大规模应用推广价值。但由于其特殊的结构形式，使得其与索桥的部分特性重合，无论是锚头还是索体，其养护难度均较大，对系杆拱桥的安全性有较大影响。为解决这一问题，技术人员需选择应用以城市桥梁集群监测平台为基础的系杆拱桥健康监测方案，以达到延长拱桥使用寿命、保证其使用安全性的目的。

1 城市桥梁集群监测平台设计

1.1功能要求

首先是需要改变传统桥梁管理模式。组建集群监测系统的目的，在于全面控制在役桥梁，降低其结构坍塌风险，为保障运输安全性提供有效手段。由于提高了桥梁的受控等级，在一定程度上同样起到了降低日常维护管理费用的目的，是城市桥梁建设、保养的重要手段；其次是需求分析。由于此系统的覆盖范围较广，业主方、施工方以及维护管理方的实际平台需求同样有所不同^[1]。以业主方为例，若具有非盈利性质，则需要在与预期社会价值要求匹配的同时，避免冲击到社会舆论，且保证后续所需维护成本的合理性。若为盈利性质，则需要在表现出其预期社会价值的同时最小化投资，以保证其经济性。

1.2阶段化实施

开放是集群监测系统的主要特征，因此其无论是构建还是后续完善均需要耗费大量的时间与资金，这就要求设计方应把控全局，从长远角度制定分部推进系统实施方案，以达到系统的平滑移植目的。首先是资金规划。国家对桥梁建设的资金投入巨大，但若城市有大范围的桥梁建设、养护管理需求，则想要实现一次性的资金筹集目标将较为困难^[2]。相比较而言，采取分步实施与综合规划方案将表现出更佳的现实意义；其次是桥梁寿命。监测系统的主要目的是响应桥梁结构的突发性事故，因此只需要在测定的几个关键部位布设监测点即可（但需定期对病害部位做修补与点位更换处理）。分段实施的方式使得监测系统的应用优势充分发挥，并最大限度地降低资金投入。

1.3平台系统组成

首先是分布式远程桥梁监测系统。该系统包含了传感器模块、数据采集以及传输模块等。传感器模块等应用目的在于对载荷变化予以检测，以分析结构所处环境状态；数据采集模块能够根据系统的不同功能要求，在获取到信号后分解数据，并对其实施变换处理；数据传输模块则是实现网络传输与构建通讯链路目标的重要基础^[3]。多系统的共同组合，组成了集群监测系统的功能前端；其次是网络系统。该系统包含局域网模块、主干网连接模块以及远程控制模块等，是沟通监测系统与管理平台的主要工具；最后是系统集群管理系统。该系统主要包括数据库管理、数据分析、结构评估以及决策支持等模块。该系统在对分析结果与监测信息做自动化存储与处理的同时，也能够评价结构的实时运营情况，判断结构是否处于安全状态。

2 系杆拱桥常见健康监测方案

2.1位移监测

系杆拱桥结构的整体刚度主要通过桥梁挠度予以充分反映，也是判断桥梁是否处于安全状态的重要工具。传统的挠度监测以人工测量为主，不仅耗费大量人力物力且无法保证数据精准度^[4]。在这一背景下，建议选择使用倾角仪、激光图像以及通管光电挠度测量系统等，继而达到长期、远程以及保证测算精度的目的。以激光成像为例，在城市桥梁集群监测平台的应用背景下，由于其综合了图像与激光测量两类方式，通过平台能够较为方便地调整工业摄像机绘制某个桥梁结构位置的光斑图像，只需要对光斑变动情况进行测算，即可迅速发现所出现的二维变形现象。

2.2应变监测

作为反映不同桥梁构件局部受力与破坏情况的关键指标，当前基于集群监测平台所应用的方式主要包括电阻应变皮片、振弦应变计以及光纤传感器等。以电阻应变片为例，其充分利用应变片电阻与结构物应变数据成正比的原理，对应变进行测量。从实际应用情况来看，极佳的动态响应性能使得其即使针对较快的应变，也能够保证数据精准度；光纤应变传感器同样是常用的集群监测平台模块，主要分为干涉型、腔式以及光纤布拉格光栅三类，前两种的应用原理为对光的相位测应变，光纤布拉格光栅传感器则主要应用调制光波长测应变原理^[5]。从起实际应用效果来看，极佳的抗电磁干扰能力，使得其可靠性与稳定性均满足监测平台对系杆拱桥结构做长期监测的要求。

2.3振动监测

系杆桥梁的建设逐渐明确了跨度更大、轻柔的发展方向，这就使得其极易被地震、大风以及车辆荷载所影响，过程中所产生的振动对结构安全性影响极大。因此，在集群监测平台的应用支持下，选择使用多种振动测量传感器以获取准确的振动监测数据极为关键。系杆桥梁处于正常运营状态下，所使用的多种速度传感器（磁电、压电、多普勒光纤）与加速度传感器（压电、压阻、电容、磁电），在获得振动信号后均能够在监测平台的帮助下，自动定位解决方案，继而达到快速解决振动问题、优化桥梁结构的目的。

结束语：综上所述，基于城市桥梁集群监测平台的系杆桥梁健康监测仍属于新式系统的一种，这就需要对桥型监测流程予以不断完善，并根据实际需要增减传感器，从而在保证数据精准度的同时减少资金投入。相信随着监测平台的不断完善，我国桥梁建设事业也将迎来更为辉煌的发展明天。

参考文献

[1] 沈劲松, 陈令康, 鞠晓臣,等. 基于BIM技术的高速铁路系杆拱桥运营监测系统研究[J]. 铁道建筑, 2019, v.59;No.547(09):28-31.

[2] 刘恒, 贾同伟, 朱航,等. 桥梁集群安全运营监测系统研究[J]. 江苏建材, 2019(S2).

[3] 祝云峰. 城市下承式系杆拱桥动力特性与地震响应谱分析[J]. 铁道勘测与设计, 2019, 000(004):46-51.

[4] 张耀万. 钢管混凝土异型系杆拱桥施工优化及施工控制技术研究[D]. 兰州交通大学, 2019.

[5] 宋阳运. 毕升路简支系杆拱桥总体设计研究[J]. 城市道桥与防洪, 2019, No.248(12):8-9+62-65.