桥梁结构健康监测技术在震后快速评估中的应用

引言

特大桥梁作为交通生命线工程，其震后结构状态直接决定应急救援效率与区域经济恢复进程。传统人工评估方法难以满足灾后"黄金72 小时"的应急决策需求【1】，其核心症结在于：（1）震后隐蔽损伤的快速精准定位难；（2）动态响应数据与应急通行能力的关联转化不畅；（3）评估结果与救援行动的时效性脱节【2】。

针对上述问题，本文构建了"地震响应采集-结构状态识别-应急决策支撑"的快速评估响应框架。该框架经 2023 年凉山州会东县某次地震后在小金河大桥上应用，证实其在缩短评估周期、提升决策精准度方面效能显著。

一、特大桥梁地震后评估的现实困境

（一）传统评估方法的时效性与覆盖性局限

震后环境复杂，人工检测耗时长、风险高，难以快速全面评估结构损伤【1】，尤其在高墩、大跨等关键部位易出现遗漏。

（二）震后结构响应数据的获取与解析困难

强震易导致传感器损毁或通信中断，数据信噪比低，传统处理方法难以快速提取有效信息，影响损伤识别准确性。

（三）应急响应与评估结果的衔接机制缺失

评估结果常滞后于决策时间窗口，缺乏将结构数据转化为应急通行能力的指标体系，依赖经验判断【2】，风险较高。

二、基于结构健康监测系统的地震后快速评估的技术优化

（一）震后多源监测数据的实时采集与预处理技术

针对传统评估里数据中断与信噪比低这类问题，系统布设高采样率加速度传感器、动态应变计及动态竖向位移监测装置，实现地震作用下结构动态响应的全域捕捉【3】。通过边缘计算实现数据实时清洗与压缩，提升数据质量与传输效率。

（二）损伤识别算法的应急适配与精度提升

基于深度学习构建损伤特征数据库，实现混凝土开裂、梁体变形等快速识别。引入轻量化算法与模糊综合评价模型，输出承载能力指数、通行系数等决策支持指标。

（三）评估流程的应急-常态衔接机制构建

建立“ 实时监测-快速评估-动态更新” 闭环流程，地震后系统自动生成快报，专家2 小时内完成评估并接入应急指挥平台，实现评估与调度联动。

三、特大桥梁地震后监测系统的应用效能验证

（一）工程背景

小金河大桥位于国道 G227（张掖—孟连） K2305+769 处，主桥为110+200+110m 连续刚构，桥长 516.26m 。场地地震动峰值加速度为 0.15g ，地震动反应谱特征周期为 0.45s，对应地震基本烈度为Ⅶ度。该桥于 2022年建设桥梁健康监测系统，传感器总体布置见图1。

图1 小金河大桥健康监测系统传感器总体布置图

（二）桥址区地震场和地震响应分析

2023 年 04 月 02 日 05 时 54 分，州会东县（北纬 26.83 度，东经 102.92 度）发生 4 级地震，震源深度 15 千米。小金河大桥距离震中心直线距离约199.26 公里，对此次震后的桥址区地震场和地震响应分析如下：

（1）三向地震动 PGA 分析：取 2023-04-02 05：54：00 至 2023-04-0205：56：00 时间段的数据进行分析。经分析可知，本次地震合成地震动最大值为 1.42×10-2m/s2 ，该桥仪器测定的地震烈度为 1 级，评定本次桥址区域地震烈度为 I 级，地震动由震中向桥址区传播存在衰减，上述分析结果与实际情况相符，表明地震动仪运行良好。

（2）三向地震动反应谱分析：取上述时间段的三向地震动数据，分别计算三个方向地震动的位移、速度、加速度反应谱，由计算结果和根据GB18306-2015 确定的该桥设计反应谱对比可知，本次地震加速度反应谱特征周期附近幅值小于多遇地震动。

（3）结构地震响应分析通过对比分析地震前后的主梁动挠度、梁端位移及主梁竖向振动频率可知，本次地震未对结构的刚度和材料强度产生明显负面影响，主梁整体状态良好。

（三）震后快速评估及效能分析

此次地震发生后，系统10 分钟内生成地震快报，2 小时内完成评估，确认结构无损并可正常通行。后续跟踪监测进一步验证评估准确性，较传统方法提前10 小时以上。

实践证明，相较于传统方法，桥梁健康监测技术在震后快速评估和后续持续跟踪观测方面具有能力卓越、效能显著。

四、结语

结构健康监测技术有效提升了震后评估的时效性与准确性，依托该技术，2 小时内输出“ 结构无损、正常通行” 结论，较传统方法缩短评估周期 10 小时。该技术的核心价值在于打通“ 数据-诊断-决策” 链条，为应急通行提供科学依据。当前系统在强震下的传感器冗余与算法适应性仍需优化，未来需结合更多震例深化研究，增强技术普适性。

参考文献

[1]罗利，罗子圣.结构健康监测系统在地震作用下大跨度桥梁动力响应分析的应用[J].建筑结构，2023，53（S1）：2122-2126.

[2]赵原，常军.地震易损性在桥梁健康监测系统中的应用[J].常州工学院学报，2020，33（01）：1-6.

[3]钱若霖，何启龙，苏佩.基于健康监测的钢桁架桥低烈度地震响应研究[J].广东交通职业技术学院学报，2022，21（03）：22-29.