桥梁监测技术取得新进展 南京工业大学专利提升混凝土箱梁安全评估精度

问题——挠度是反映桥梁服役状态的重要指标,直接影响通行安全、耐久性和养护决策。目前不少桥梁健康监测在挠度获取上仍主要依赖位移计、全站仪或设置参考点等方式,容易受现场条件限制,布设难、长期稳定性不足且维护成本较高。尤其在大型箱梁桥、跨江跨海桥等场景中,参考点往往难以长期、可靠保留。另外,混凝土结构在长期荷载与环境作用下可能出现开裂、刚度退化等非线性行为,传统基于线性假定或简化截面效应的识别方法在复杂工况下误差更易放大。 原因——箱梁受力机理较为复杂,除常规弯曲变形外,剪力滞效应会使翼缘板与腹板之间的剪切变形分布不均,带来附加挠度并引发应力重分配;当混凝土进入开裂阶段后,中性轴位置与截面刚度会随荷载发展而变化。若反演时仍使用固定截面参数或忽略剪力滞影响,容易出现“应变测得到、挠度算不准”的情况。工程实践中还常遇到传感器布设受限、基准点易受干扰等问题,使得更依赖应变信息、且能覆盖非线性阶段的挠度识别方法需求更为突出。 影响——据国家知识产权局公开信息,南京工业大学联合多家单位申报的专利提出一种考虑剪力滞效应的混凝土箱梁非线性挠度识别方法。其思路是基于长标距应变监测数据并结合材料性能,估计箱梁中性轴位置,进而确定曲率分布并计算弯曲挠度;在此基础上叠加剪力滞效应引起的附加挠度,得到更贴近实际工况的修正挠度。该方法强调无需额外布设参考点即可实现挠度识别,意味着在既有桥梁改造、运维条件受限或跨越复杂地形水域的工程中,有望降低实施门槛与长期维护成本。若工程应用验证其稳定性,可为桥梁变形状态识别、异常预警与养护优先级排序提供更可靠的数据支撑,提升监测系统的连续性与可用性。 对策——业内人士认为,要推动此类方法从专利走向工程应用,还需在多桥型、多工况条件下开展验证与对标:一是建立与现场检测、静载试验等手段的交叉校核机制,形成可追溯的误差评估体系;二是结合桥梁结构参数与施工运营资料,完善材料性能、裂缝发展等关键变量的取值与更新策略,降低模型参数失配风险;三是加强监测数据质量管理,从传感器标定、温度与收缩徐变影响分离到异常数据剔除,形成面向运维的标准化流程;四是与现有健康监测平台协同,将识别结果与限值管理、报警阈值及养护措施联动,提升“监测—诊断—处置”的闭环效率。 前景——我国桥梁规模持续增长,老旧桥梁占比上升,重载交通与极端天气影响加剧,桥梁运维正从“事后处置”转向“状态管理”。以应变信息为基础、同时考虑剪力滞与非线性行为的挠度识别技术,契合“少依赖外部基准、多依赖结构自感知”的发展方向。未来,涉及的技术若能在长期运行环境下稳定输出,并与加速度、温度、索力等多源监测数据融合,有望深入提升对结构性能退化的识别能力,为桥梁全寿命管理提供更细致的决策依据。

桥梁安全运行既取决于建设质量,也离不开运营期的科学管理;面向复杂结构效应与材料非线性特征,持续提升监测识别方法的准确性和可实施性,有助于将风险控制前移。以更少的现场干预获得更可靠的状态信息,将推动桥梁运维从经验判断加快转向数据驱动,为重大基础设施的长期安全与高效运行提供支撑。