公路桥梁项目健康监测及安全预警

邓卫平

摘要 公路桥梁项目运营多年后，其整体性能不可避免地会出现衰退，并引发各类质量问题，降低道路行车的安全性，开展公路桥梁质量检测及安全预警，已成为该领域研究的重中之重。基于此，文章论述了桥梁工程质量监测及安全预警的相关内容，归纳了桥梁质量监测的意义、系统现状，分析了桥梁安全预警的评估系统、监测方式、监测点设置等内容，设计了一种新的桥梁质量监测及安全预警系统，并取得良好的应用效果，旨在为同类工程项目的管理提供参考。

关键词 公路桥梁工程；健康监测；安全预警

中图分类号 U446文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0147-03

0 引言

当前，我国桥梁结构安全问题时有发生，桥梁质量监测及维保工作不完整、不到位，是引发该问题的主要原因。因此，该领域研究人员开始重视桥梁质量监测，并采取具体的提质措施，为道路安全保驾护航。随着科技的发展，传感、信息采集等技术被发明出来，并在桥梁质量监测方面得到了广泛应用，为监测效率及准确性的提高提供了技术保障。该文论述了桥梁健康监测及安全预警的相关内容，旨在为此类工程质量监测及预警提供参考。

1 公路桥梁项目健康监测意义

因公路橋梁结构质量问题，导致交通安全事故频发。因此，需要不断完善质量检测技术，以便开展全方位的桥梁健康监测。在原有监测技术的基础上，结合全新技术，设计出新型的桥梁健康监测系统，以确保在任何环境下，可实现连续监测。收集汇总桥梁结构运营数据后，开展全面分析，在此基础上，客观、真实地评估其安全性及承载力，由此制定出更具针对性的维保举措，指导桥梁维保人员开展工作。实施桥梁质量监测工作，其意义主要在于：

（1）有利于全方位了解桥梁的运营状况。针对公路桥梁开展质量监测，可快速、完整地收集桥梁的性能数据，维保人员据此科学评估桥梁的运营状态及承载力，并作出准确评判，在此基础上发现桥梁结构质量问题及安全隐患，并及时发出预警[1]。此外，还能准确监测出桥梁的内部结构性能，为开展后续维保工作提供依据。

（2）有利于提升维保施工作业水平。全面监测桥梁运营状态，及时化解维保施工的潜在问题，提升作业水平。

（3）有利于快速准确地传递安全预警信息。开展桥梁质量监测，可实时分析桥梁的各项运营数据，通过收集并对比分析其力学参数，在桥梁突遭重大荷载并发生事故时，能快速发出预警，从而及时采取有效措施，彻底消除潜在事故风险[2]。

2 公路桥梁项目健康监测系统现状

综合运用各项技术，进行全天候连续性的桥梁健康监测，有效评估其运营状态，及时作出风险预警，并据此开展桥梁维保工作，提升公路桥梁的运营质量，确保行车安全，这是设计并应用桥梁健康监测系统的主要目的。

（1）该系统实现了对桥梁运营信息的汇总集成，综合运用各项最新先进技术，监测桥梁的内部构造信息，并进行汇总和分析，从而确定其病害程度及部位。通过运用这一监测系统，及时发现了桥梁的各类潜在风险，避免了安全事故的发生，民众的切身利益及安全得到了充分保障[3]。

（2）早在二十世纪九十年代，上海的工程技术人员就全面监测了徐浦大桥的运营状况，这是我国首次开展桥梁运营状态的动态监测，主要监测其主梁结构、混凝土应变、振速、行车荷载及外部温湿度，并基于桥梁各项运营数据的全面分析，设计出桥梁综合监测系统[4]。

（3）针对公路桥梁进行健康监测，其特征如下：①应变、线性及振频等属于桥梁结构的相应要素，需要将它们列入重点监测范围，此外还需要监测桥梁荷载及钢筋锈蚀情况，从而确保获得更准确的监测效果；②面向桥梁施工建设的原始数据库，进行全方位监测，搭建起完整的桥梁信息库，关于施工、荷载试验以及模拟计算的全部信息都应包含在内，为桥梁健康监测奠定数据基础；③为提升桥梁健康监测的准确性及时效性，必须全面运用质量监测系统，并辅以人工监测方式。

3 公路桥梁项目健康监测系统信息库

收集、汇总并保存公路桥梁的各项性能指标数据，设计出完整的桥梁健康监测系统，便于桥梁维保人员快速获取相关数据，提高施工作业质量，确保桥梁安全运营[5]。针对正常运营的公路桥梁项目，实施健康监测，就是每隔一段时间，动态监测其主梁、桥墩及台柱等构造的各项力学数据，全面评估桥梁的运营性能，图1表示其具体监测流程。

分析图1可知，监测系统是由信息库管理、桥梁结构性能评估与维修及保养管理三部分构成，三者具有一定的独立性，但也存在密切的联系。监测人员在应用过程中，可根据具体需要，选定任何一个环节开启系统。桥梁监测系统的数据库主要包含结构信息、检查记录以及维修加固信息。

（1）桥梁结构信息系统。该系统主要包含与桥梁内部构造相关的各项数据，桥梁维保人员可从中提取所需的数据，有助于提高作业质量。监测人员也可利用该系统，获得必要的信息，全方位地监测桥梁构造[6]。

（2）检查记录系统。利用该系统，可收集并分析桥梁的各项监测数据，并绘制图表完整展现桥梁受力状态及位移信息。

（3）维修、加固记录系统。与桥梁维修加固相关的全部数据，例如具体时间、修复位置及维修方法等，都完整地存储于该系统中，以便后查并供同类项目借鉴。

4 公路桥梁项目安全预警

4.1 安全预警监测内容

随着公路桥梁维保工作的不断增加，过去所沿用的人工巡查及维保手段，已无法充分适应现实需求。这就需要综合运用各项现代科学技术，搭建并应用新型安全预警监测系统，不断提升桥梁工程监测及预警的自动化、智能化、系统化水平，切实降低桥梁维保难度，减轻维保任务量。当前所用的桥梁质量监测系统具有明显的缺陷，维保费用高且不便于实际操作，仅能监测大跨径桥梁项目。基于此，该文在过去所用的桥梁监测技术基础上，融合了最新技术，构建起全新的桥梁安全预警监测系统，适用于各类桥梁的监测，维保费用低，且易于操作。

采用安全预警监测系统监测桥梁质量时，需综合考虑桥梁样式及构造，明确监测范围，合理设置监测点。为实现安全预警监测目标，主要监测桥梁的如下指标参数：①动态响应指标，主要为桥梁结构应力、位移及振动加速度等；②准静态变化指标，主要监测桥梁基础或桥墩变形和沉降情况；③桥梁环境参数，监测桥梁所处环境的温度、湿度及风力等自然因素；④运营荷载参数，主要为行车荷载参数；⑤结构部件，主要包含产自桥梁内部的支座反力、变形裂缝等[7]。

4.2 安全预警监测评估系统

监管部门开展安全预警监测评估时，通过收集分析监测数据，准确把握桥梁运营状况，所得分析结果与桥梁质量评估阈值进行比较，基于数据差异分析，准确评估桥梁安全性能。因此，构建安全预警监测评估系统时，需科学选定评价指标及方式，合理设定评价指标阈值。评估系统应用过程中，如果实测数据超出指标阈值，系统会自动发出预警信息。

评估桥梁运营安全状况，主要包含直接评估与动态变量评估两种方式。前一种方式是根据桥梁的实时监测数据，直接评估其运营质量，从而全面掌握桥梁的承载性、通行性等信息。后一种方式是从不同监测点收集到的监测数据，将其与桥梁运营状态的初始值作对比，同时还要比较变化值与均方差限值，通过综合比较分析，科学评估桥梁结构的安全性，判断其是否达标[8]。图2表示中小跨径桥梁的综合评定流程。

4.3 安全预警监测方式及理论

收集桥梁振动反应频率，所用的传感设备须具有良好性能，并借助于专业技术进行数据分析，由此明确表示桥梁结构模态的相关指标。与此同时，还需要随机测试环境荷载的激振动力。安排重型汽车行驶在公路桥梁路面上，刹车时开展激振测试。工作人员采用上述检测方式，可对桥梁结构的动力时程响应有完整的了解[9]。图3表示动力测试系统的原理内容。

结合公路桥梁的实际情况，会采用同步激振的方式，全面评估其安全预警监测系统及配套系统的性能。在评估过程中，综合考虑外部环境方面的因素，须最大限度地减少人工作业量，并降低劳动强度。为提升桥梁维护的自动化程度，实施桥梁激振，通常是在自然环境下监测其环境及行车荷载[10]。

4.4 科学设置桥梁安全预警监测点

（1）简支梁。根据桥梁4分跨间距設置安全预警监测点，有些桥梁为大跨径，对监测精度有较高的要求，可根据6分跨来设置监测点。

（2）连续梁。若桥梁为2跨，则需匹配2跨简支梁，来设置安全预警监测点；当桥梁大于3跨时，则不论是主跨还是边跨，都需要根据8分跨间距，来设置预警监测点；若跨度较小，且对安全预警监测结果的精确度没有较高要求，则桥梁主跨可设置为4分跨或6分跨。

（3）拱桥。结合桥梁的跨度大小，根据8分跨的间距来布设监测点，在横向和纵向上分别设置1个监测点，其他部位的监测点为动态的，个数一般会超过3个。

5 结语

综上所述，随着经济社会的快速发展，道路交通荷载量及通行量都急剧增加，这就需要公路桥梁结构具备较高的安全性，且需高度重视公路桥梁质量状态监测及预警系统的深入研究。该文立足于传统的公路桥梁质量监测系统，并综合运用新兴的互联网技术、信息采集技术等，搭建全新的公路桥梁安全预警监测内容与评估系统。该系统功能全面，适用于各类桥梁的监测，且监测结果准确度高。在系统搭建过程中，通过各项新技术的运用，系统的自动化、智能化水平得到全面提升，并广泛应用于各类公路桥梁工程的质量监测，取得了良好的效果。该文还论述了如何科学设置桥梁的安全预警监测点，对于各种结构的桥梁，提出了具体的布设方法，为系统的正式实施提供了借鉴与指导。

参考文献

[1]任普， 丁幼亮， 李亚东， 等. 基于大数据的桥梁健康监测数据存储及预警方法[J]. 科学技术与工程， 2019（12）： 266-270.

[2]张建龙， 赵东月， 栗怡文， 等. 基于神经网络的桥梁健康监测与预警平台研究[J]. 计算机技术与发展， 2022（4）： 205-209.

[3]李苏生， 朱学军， 王媛青， 等. BIM建模与健康监测预警相融合的桥梁运营管养一体化研究[J]. 交通与运输， 2022（4）： 52-57.

[4]钟晓林， 张鹏， 赵展. 物联网技术在海印桥健康监测系统中的应用研究[J]. 广州建筑， 2022（4）： 45-50.

[5]戴泳琰. 公路桥梁结构质量监测系统现状及未来发展趋势[J]. 运输经理世界， 2021（29）： 79-81.

[6]段洪琳， 邹晓芳， 杨德元， 等. 桥梁运营安全风险源辨识及预警指标体系研究——以鄂东长江公路大桥为例[J]. 交通工程， 2021（1）： 80-85.

[7]师燕华， 王春晓. 公路桥梁施工中软土地基的处理技术探析[J]. 中国设备工程， 2022（12）： 196-197.

[8]郭志林. 公路桥梁施工中的养护管理与质量控制[C]//2021年重庆市矿山学会年会优秀论文集， 2021： 262-264.

[9]周光军. 公路桥梁施工中预应力技术的应用[C]//2021年10月建筑科技与管理学术交流会论文集， 2021： 131-132.

[10]田杰， 赵军， 刘颖， 等. 长期服役重载铁路桥梁健康监测与安全预警技术系统研究[C]//《施工技术（中英文）》杂志社， 亚太建设科技信息研究院有限公司. 2022年全国工程建设行业施工技术交流会论文集（下册）， 2022： 109-113.