智能检测与健康监测相辅相成

2021-01-21 08:37:58 2

关键词:桥梁监测;智能传感技术;智能检测


随着智能传感技术和桥梁健康监测技术日臻成熟,桥梁健康监测系统得到了较大规模应用,借助大规模基础设施建设背景,桥梁健康监测系统逐渐成为大型桥梁运维的必备技术之一。

大型桥梁健康监测系统的广泛应用产生了大量数据,如何有效利用这些数据,成为桥梁健康监测领域面临的重要问题。


桥梁健康监测从萌芽到完善

智能传感技术

20世纪80年代末和90年代初,美国提出智能材料与结构研究,智能感知技术与结构健康监测技术是其中重要的研究方向。90年代至本世纪初,国内外学者研究了大量智能感知材料和智能传感技术,其中成功的案例之一是光纤光栅传感器及解调仪,土木工程领域的学者主要研究了应变光纤光栅传感器和温度光纤光栅传感器的封装工艺,以使其具有健壮性,适用于土木工程应用,如图1所示,目前已经较广泛应用于我国桥梁结构健康监测系统。另一个成功的案例是无线传感器,90年代中期美国加州大学伯克利分校土木工程系和斯坦福大学土木工程系分别率先研究了无线传感器,加州大学伯克利分校提出的智能灰尘(smart dust)勾画了无线传感器美好的前景。20世纪初期,美国伊利诺伊大学香槟分校土木工程系对无线传感器进行了系统研究,解决了无线传感器网络同步采集、信号远距离传输与实时传输、信号丢包、太阳能电池供电等问题,并在韩国新Jindo大桥以及迪拜摩天轮上得到应用,如图2所示。

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图1光纤光栅传感器

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图2美国伊利诺斯大学香槟分校研发的无线传感器



结构损伤识别与模型修正技术

除智能传感技术外,结构损伤识别与模型修正技术是结构健康监测的另一个重要内容。基于振动的结构损伤识别与模型修正得到广泛的研究,该方法的原理是结构模态参数仅与结构物理参数(例如刚度等)有关,从监测的结构振动响应(加速度或动位移)识别结构模态参数,再根据模态参数变化诊断结构物理参数变化,从而识别结构损伤并修正结构分析模型,是典型的结构动力学反问题。基于振动的结构损伤识别与模型修正的研究,最早可追溯至20世纪50年代机械工程的故障诊断,并形成了系统的结构模态参数识别、结构损伤识别与模型修正理论。20世纪60年代在地震工程领域亦尝试基于结构自振频率变化识别结构地震损伤;80年代曾采用模态参数识别海洋平台结构损伤;但直到20世纪90年代初结构健康监测技术兴起后,基于振动的结构损伤识别与模型修正技术开始在土木工程领域得到重视,并开展了大量研究。




图文源于《大桥养护与运营》杂志 2020年 第2期 总第10期


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