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既有桥梁监测技术与状态评估
摘要 本文简要地讲述了现今工程界比较热门的对桥梁的安全监测
技术与状态评估的方法，供同学们做简单的了解。
关键词 桥梁安全监测 状态监测 病害诊断 安全评估
（1）振动监测：以结构的振动、冲击、机械导纳以及模态参数
为监测目标。
（2）声学监测：以噪声、声阻、超声、声发射为监测目标。
（3）温度监测：以温度、温差、温度场、热像为监测目标。
（4）性能趋向监测：以结构的各种主要性能指标为监测目
标。
（5）强度监测：以力、应力、应变、扭矩为监测目标。
（6）表面形貌监测：以变形、裂纹、斑点、凹坑等为监测目标。
对于不同的监测对象，由于影响其工作性能的控制因素不同，
所以监测的物理参数各不相同。对于桥梁这种大型土木工程结构，
通常以振动监测、强度监测和表面形貌监测为主要目标。
病害诊断根据所采用的病害特征描述和决策方法的差异形成了
不同的诊断方法，概括起来有依赖于模型的诊断方法和不依赖于模
型的诊断方法两大类。对于这两大类诊断方法，通常所采用的决策
与分离方法如下。
（1）对比诊断法。这种方法简单明了，应用最广。首先通过初
期的统计归纳、实验研究、分析计算，确定与各种状态一一对应的
征兆（即基准模式或阈值），然后将获得的征兆与基准模式进行比
较，立即可获得结构的状态。
（2）人工神经网络法。该法是 20 世纪 80 年代末 90 年代初才
真正具有实用性的病害诊断方法。在实现病害诊断时分为两个阶段。
第一个是学****阶段，选定合适的网络结构和模型，借助一定的学****算法，以能够反映系统的动态特性、建模误差和干扰影响的变量作
为神经网络的输入，以对应的状态编码为期望输出，构成“输入／
期望输出”的样本，对神经网络进行训练，确定神经网络的权值和
阈值，当学****收敛后冻结神经网络的权值和阈值；诊断阶段，使训
练好的神经网络处于回想状态，对于一个给定的输入，便产生一个
相应的输出，由输出与状态编码进行比较即可方便地确定病害。
（3）专家系统法。一些监测领域专家往往可以凭多年积累下来
的丰富实践经验确定病害的原因和部位。对于复杂桥梁结构的病害
诊断，这种基于专家系统的诊断方法尤其有效。随着计算机科学和
人工智能的发展，专家系统法逐渐得到了完善。专家系统法可以有
效克服对模型的过分依赖，成为病害检测和隔离的有效方法，并在
许多领域得到应用。
（4）模式识别法。这种诊断方法实现病害诊断的步骤分为两个
阶段。一是离线分析，通过离线分析确定能够表达结构状态的特征
向量集和以该特征向量集描述的病害模式向量，由此形成病害的基
本模式集，并确定区分识别这些模式向量的判别函数；二是在线诊
断，实时提取结构状态的特征向量，由判别函数对病害进行分离定
位。
（5）模糊数学法。系统的状态有时是不分明、不确定的，因此
可以用模糊集来描述。通过采用模糊聚类分析将模糊集分为不同水
平的子集，由此判别病害最可能属于的子集。另一个有效的方法是
首先建立起病害与成因的模糊关系矩阵