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我国桥梁结构健康监测的发展状况
日期:2017-7-29 10:10:15 作者:佚名 来源:本站原创
新闻中心
   结构健康监测近年来在各行业发展迅速,为不同结构的安全性和高效自动化运行提供了重要保障。中国轨道交通的快速发展,对结构健康监测技术的应用需求也日益旺盛。目前,中国铁路运营里程超过12万公里,其中高铁运营里程超过2万公里,位居世界首位,高速列车保有量超过2300列,到2020年,高铁的运营里程将突破3万公里。同时,中国30多个城市建成了4000多公里的轨道交通线路,预计2020年将达到6000公里,结构健康监测技术在轨道交通领域大有用武之地。
    我们把高层建筑、空间结构、大型桥梁、大型交通枢纽、大坝、长道隧道都作为大型结构,大型结构的安全性、可靠性与我们每个人密切相关。
    交通运输是国民经济的基础产业,是经济发展的大动脉,在当今的经济社会发展过程中起着至关重要的作用。经过30多年的建设,我国交通基础设施发展迅速、规模大,技术水平高。中国工程院院士杜彦良介绍,我国多条高铁线路达到“世界第一”:寒冷地区第一条高铁——哈大高铁,第一条穿越沙漠地区的高铁——兰新高铁,湿热地区第一条高铁——海南东环高铁。
    在修建交通基础设施重大工程结构的过程中,需要适应复杂多变的自然环境。以铁路为例,高速铁路需要适应黄土、冻土、软土、膨胀土等复杂的地质条件,以及高寒、高温、高湿、强风等多变的地理环境。
    “由于自然灾害、人为因素或者是结构本身的性能问题,交通安全突发事件屡有发生,一旦某一个结构损毁,会造成经济损失,甚至危及生命财产安全。”杜彦良解释,突发的自然灾害,如洪水、泥石流、滑坡等,可能导致工程结构意外损毁增多,使用寿命下降。另外,在复杂的自然环境下,风、雪、地震等因素的长期作用也会导致工程结构承载力和耐久性下降,基础设施性能退化。
    那么,应该如何应对自然灾害对交通基础设施重大工程结构寿命的影响,并提高基础设施在长期“服役”中的安全性、适用性、耐久性和灾后自康复性呢?对重大工程结构的健康监测是实现预防性维护,保障重大结构安全、高效、经济运行的关键环节,也是现在国内外的研究重点。
    健康监测是指实时掌控工程结构的健康状态,及时发现结构工程的事故隐患,并及时采取措施,其中包括自然灾害的立体监测、预报预测等。“结构健康监测系统采用先进的传感、数据采集、通信和智能识别等技术,实现荷载与结构反应采集、传输、存储、分析、评价、预警预报于一体的自动化、网络化、智能化综合系统。”
    从国家来说,高度重视结构健康状态的发展,从国家中长期发展规划来说制定了多个措施保证安全状态,最关键的是几个方面:一个是在在结构安全期的状态如何保障;二是如何进行监测和预报,包括技术理论和装备的研发。第二个问题是交通部,交通部也在对各种重大工程结构方面进行技术攻关,这里面的第一个关键问题就是实时掌控结构的健康状态,及时发现它的事故隐患,及时采取措施。包括自然灾害的立体检测、预报预测,这块是交通部近年来的重大课题。
    从铁道系统,因为我国铁道系统发展迅猛,特别是高速铁路的迅猛发展,如何保证整个全线运营安全也是当今和未来发展的重点,这里面主要是对交通基础设施的重大工程结构的健康状态的安全性和发展进行实时掌控。第二是在运行过程中事故起件、突发灾害的状态进行监控。比如地震突发时如何提前捕捉它的信息,提前导致列车紧急制动。比如日本提前15秒获得地震信息提前紧急制动避免生命财产的损失,所以说这块也是我们研发的重点。
    工信部在中长期和十二五以来对信息的感知、信息传输、信息处理、信息安全方面开展行动,为今后大型工程结构监测和其他发展创造了很好的基础。目前信息化、工业化两化的融合为大型交通基础设施、为大型交通工程的安全性进一步提供了保障。
    对一个大型工程结构来说,从它的设计、建造、运营到损伤、老化是全寿命的,全寿命过程中如何保障它的安全性,我们采取了在使用过程中的监测,在运用过程中的连续监测,实时掌握它的健康状态。从测试分析到结构的安全评估,对结构的维护形成完整的全寿命过程的保障,就像医生给人看病一样,我们对结构也建立了健康监测系统。
    我们一般分成三大部分,一是监测系统,采用什么样的传感技术能够完整、长期、准确、连续地获得信息;二是信息的处理与传输部分,这部分保证对信息实时、快速传到监控中心;三是对数据的分析处理,对它的损伤程度、损伤位置进行识别,做出判断;四是养护维修进行修护,这就构成我们结构的安全系统,这个系统涉及到多学科,既包含对结构专业人员,也涉及到计算机信息处理的人员,这块健康结构的监测与互联网就结合起来了。
    这样的话依据结构养护的需求以及当今科技手段,实现结构状态数字化和信息化,推动主动式养护与管理进步,有效提高和保障结构运营的检测、养护和管理水平,降低全寿命期运营安全风险,延长安全使用寿命意义重大。一个工程结构我们百年设计,如何在百年过程中保障安全,延长使用寿命就是我们当前所需要做的重要工作。
    在国际上,大型结构的健康监测一直受到高度重视,美国、法国、日本、丹麦等国家在一些特大桥梁上建立的监测系统,可以实时预报结构运行的安全状态,并实时预测自然灾害突发后对结构的影响,确保交通基础设施运营安全。
    我们国家从上个世纪末也开始开展健康监测系统的研究,虽然时间短,但是发展快,随着我国大批大型工程建设,大型交通基础设施的建设如何保证结构的质量,如何保证运营安全成为结构健康监测的任务。

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