日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(21)

对于大跨度桥梁，尤其是铁路运输桥梁，另一个重要问题是钢构件的磨损问题。对于本州-四国联络桥儿岛-坂出路线上的桥梁，自桥梁设计和施工阶段起，工作人员就对钢构件的磨损问题进行了排查。这条路线上的桥梁在其使用寿命期内预计会承受较高的车轴载荷，因为它们需要支撑铁路运输。桥梁的主要构件采用的是高强度钢，这种钢材对疲劳很敏感。本州-四国联络桥高速公路管理局已经发明了一种焊接方法和一种被称为自动超声测试（AUT）系统的焊接检查系统。该系统可以有效地检测出厂家的焊接缺陷。在利用该系统对现有的焊接缝进行现场检查之前，工作人员对该系统进行了改进。截至2000年，工作人员对桥梁进行了两次检查，并且未发现裂纹迹象。
2. 桥梁路面养护管理监测及移动车辆监测
由于许多桥梁被分布在宽广的公路网中，因此，移动车辆的使用被视为是进行桥梁有效监测的一种替代方法和解决方案。间接估算的方法对于中短跨度桥梁和道路路面状况的评估特别有吸引力，因为在对这些桥梁和道路路面状况进行评估时，安装永久性监测设备和进行常规的人工检查所需的成本可能会很高。在利用间接估算法进行评估时，研究人员利用装有传感器的检测车，通过记录车辆沿着道路行驶时产生的振动来进行定期测量。检测车可动态监测桥梁道路路面轮廓的基本属性，该属性是车辆-桥梁相互作用下桥梁动力响应的主要来源。利用路面评估技术可以估计桥梁的模态质量、桥梁自振频率和行驶中的车辆重量。检测车测量的另一个重要性能是钢筋混凝土路面的状况。安装了探地雷达（GPR）的检测车以80 km·h–1 的速度行驶在混凝土路面上，对混凝土路面状况进行评估。
本节介绍了移动检测车进行的两种监测。
（1）路面轮廓评估及其在桥梁动力特性评估中的应用
研究人员利用车辆在正常行驶条件下的动态响应对路面轮廓的评估算法进行了研究，并对其性能进行了实验室评估。基于动态响应的路面轮廓估计值通常难以补偿车辆动态特性和车辆行驶速度之间的差异，但是基于数据同化的路面轮廓估算技术已被证明可以补偿车辆动态特性和车辆行驶速度之间的差异，该项技术采用的是半车[HC；图18（a）]模型。Kalman滤波器和粒子滤波器是典型的数据同化技术；路面轮廓被估算为增强状态向量的一部分。基于可观测性分析，车体的加速度和角速度响应可作为观测变量。当满足了可观测性条件并且获得了能准确表示车辆响应的车辆模型参数时，说明被估算的路面轮廓是准确的。此外，使用智能手机进行的基于响应的轮廓估算技术已被应用于不同类型的车辆，并且利用该项技术估算轮廓的成功率与利用配备有精密激光器和惯性传感器组件的轮廓测量仪估算轮廓的成功率相似[图18（b）]。