是否可以实时测量桥梁的结构完整性以确保安全？

作为这个问题的后续，我想知道是否可以实时提供结构完整性监测信息，并且在足够的程度上可以从信息中切实地做出安全决策。

为了解决问题，在美国和世界其他地区，联邦，州和地方政府定期收到有关基础设施的结构完整性报告，包括桥梁。这些报告是按计划进行的评估结果，评估之间可能需要数月或数年。

桥梁是联邦，州和地方政府经济的重要组成部分，因为它们提供关键基础设施。保护金门大桥等历史地标也很重要。

_{金门大桥，在美国的标志性桥梁}

信息不足的后果可能非常严重。例如，2007年8月，I-35W密西西比河大桥倒塌，导致许多人丧生。

_{I-35W倒塌后}

题：

• 是否存在能够提供实时状态的技术，以便它们能够帮助联邦，州和地方政府预防即将发生的桥梁故障？例如，有没有什么可以预测I-35崩溃并通知公众以避免生命损失？看起来这种监控桥梁结构完整性的无线传感器可行，但我不确定该域名是否超出了我的经验。

有许多不同的传感器可以放在桥上，以帮助监测其状况。在I-35大桥倒塌后，这个区域已经看到了很多宣传。大多数这些传感器以前都可以使用，但对公众的需求并不明显。

传感器

• 加速度计
• 应变计
• 位移传感器
• 液位传感站（倾斜监视器）
• 风速计
• 温度传感器
• 动态动态重量传感器
• 腐蚀监测器
• 声学裂缝监视器
• 声学电缆监视器

这些传感器可以是有线或无线的。有些甚至由过往车辆的振动提供动力。

成本

成本是考虑桥梁监测系统的主要因素。即使初始成本似乎合理：

他说，传感器体积小，无线，坚固，几乎不需要维护。它们预计将持续十多年，每个成本约为20 美元。平均大小的公路桥需要大约500个传感器，总成本约为10,000 美元。

这不考虑继续监测传感器的成本。实时监控是昂贵的，甚至比实时监控还要少，因为交通运输部门的预算已经过于紧张。如果预算中有更多的钱，那么桥梁将处于更好的状态。

这些桥梁已经由经过培训的检查员定期检查，这些检查员遍布整个结构。这是在I-35桥上完成的，它仍然崩溃了。

系统的成本和复杂性意味着只能对少数非常大的结构进行全面监控。这些系统的成本可能超过上面列出的数量。上述值也只是各个传感器的成本。必须对桥进行全面研究，以确保将传感器放置在最有用的位置。

地点

每个传感器仅测量单个数据点。必须进行大量的思考和研究才能确定哪种传感器最有益。

即使在放置传感器之后，也必须有一个全面的标准，以便监测传感器结果的人员知道什么是警告。可能存在许多误报，甚至可能是假阴性。

正如文章指出：

最后，补充说，实时遥感将作为一个有价值的补充，但不能完全取代人类检查。“你不能把传感器放在任何地方，”他说。

最终结果

即使所有这些传感器都安装在I-35桥上并实时监控，实际崩溃的速度也很快，以至于无法及时停止交通。唯一的区别是，调查人员可以获得更多信息。

想想一架飞机的黑匣子，但是想要一座桥梁。

可以进行实时监控，并且已经完成。技术是存在的，正如hazzey指出的那样，是成本与风险相关的问题。

作为一名执业工程师，我参与了两个不同国家的两个深挖掘项目，在一个主要的公路桥梁下面建造了一个封闭式隧道。在这两种情况下，交通关闭或转移都不是一种选择。两个项目的建筑单位都要求进行实时结构健康监测，因为事故的后果可能是灾难性的。

在这两个项目中，一系列光学棱镜与机器人全站仪一起用于监测桥墩运动。全站仪网络连接到连续上载数据的服务器。服务器本身连接到互联网，有关各方可以下载数据并处理信息。此外，一些系统可以在违反预定级别的情况下生成SMS警报。

在进行任何监测之前，必须进行影响/损害评估以确定：

• 基于施工方法预测桥梁基础的土体运动（水平和垂直）
• 在桩上会产生的那种力
• 根据竣工图确定的现有桩的结构能力
• 服务期间桩上现有的负荷
• 桩的储备能力
• 桥梁基础允许的横向移动和沉降

随后进行状况调查，以评估桥梁的当前健康状况。它通常包括对裂缝的视觉检查和桥梁轴承运动的测量。

在正常情况下，钢筋混凝土和钢桥不需要实时监控，因为它们不会突然失效。经过适当设计的桥梁在结构失效之前往往会失去使用性能，在崩溃之前提供足够的警告。此外，定期检查和维护桥梁有助于确保桥梁仍然可以维修。

通过足够的数据，实时监控可以捕获长期运动趋势并平滑读数错误。在致命设计，人为错误解释调查记录或人为错误评估桥梁结构能力的情况下，实时监控对避免灾难没有太大帮助。

确实可以使用传感器进行结构监测。问题是监控成本，以及实际可以监控哪些部分。

桥梁越重要，越有可能值得支付监控成本（关键性主要是由于每天越过的车辆数量，以及备用路线的可用性及其长度（即车辆数量）在崩溃期间可能在它上面）发挥作用）。如你所链接的文章所述，如今建造的一座大桥可能会内置某种监控，其中一个例子是Forth Replacement Crossing（现称为Queensferry Crossing）。一些桥梁已经改装了系统，例如现有的Forth Road Bridge，它具有声学监控功能，可以监听电缆卡扣。

如果评估显示存在引起关注的原因，现有桥梁最有可能配备监控。如果桥梁评估发现桥梁的一部分正在恶化，则可能建议更频繁的检查或安装监控。由于监控成本，这可能只发生在主要桥梁上。

那么，监测是否可以防止I35-W崩溃？

首先：I35-W虽然不是一座小桥，但与金门大桥或Forth桥的规模并不相同。因此，只有在确定桥梁有缺陷的情况下才可能进行监测。而这种情况并没有发生，因为例行的桥梁检查和评估没有注意到一个小的连接板尺寸过小。您与传感器的链接似乎表明现在可以使用新的更便宜的传感器。考虑到每个权力机构控制的桥梁的剪切数量，我仍然看不出成本是可承受的，但可能需要很长一段时间（比如50年，因为预算可能会延伸到每年2％的权威桥梁数量 - 数字我完全从空中拔出来它可能会发生。

其次：我不相信大多数监控是实时的。虽然我确信监控系统有自动报警功能，如果发生重大运动，我会很难相信有人会对它做出特别快速的反应。更有可能的是，系统警报会导致有人看看，也许同一天可能没有。主要是系统是为了研究长期问题。以Forth Road Bridge为例 - 声学监测是用来记录电缆束对齐的“ping”。悬挂电缆有几千根单独的绞线。声学监测就在那里，以便有人可以查看结果，并说“在过去的六个月中看起来像63已经爆发，也许我们应该考虑采取措施减少负荷”。我不喜欢 我认为它确实在那里，期望它将在一天内记录100次捕捉，导致桥梁瞬间关闭。（Forth Road Bridge因高风每年关闭几次 - 他们有适当的系统关闭它）。

第三：关于崩溃的官方报告表明失败是非常突然的：可能有10秒警告。即使使用实时监控，您也需要a）接收结果，b）确定它们是灾难性的不好（如果您在我的Forth示例中有100次ping很容易，如果根据链接有加速度计很困难，可能会告诉您桥梁移动了0.05度）和c）让警察在那里关闭桥梁。总时间估计：如果你很幸运，10分钟。不是10秒。（如果你设置长期效果监测并且不确定0.05度是否显着，可能更像是3个月，因为系统没有为此设置。）

免责声明 - 我试图尽可能地提供事实和参考资料，但我得出的实际结论很大程度上是基于我的观点而不是直接的事实。