创新型基础设施：智能桥梁

智能桥梁在行动

可能已被阻止这一悲剧过的桥被搭载智能桥式传感器提供各种性能的连续监测的网络。举例来说，六车道，2.9公里（2英里）查里拉斯·特里科皮斯桥希腊的里恩-安提里安大桥有100个传感器(300个通道)监控它的状况。在2004年开通后不久，传感器检测到桥上电缆的异常振动，这导致工程师们安装了额外的重量来抑制电缆。

只有极少数横跨多种类型，包括加速度计，应变仪，风速计的全球一体化传感器等智能桥梁，称重-运动装置，和温度传感器。的青马桥在香港，世界第七最长的吊桥，配备了350多个传感器通道。桥，它可以处理风速度高达每小时212英里（341公里），使用GPS传感器安装在塔和电缆来测量风速。约100光子传感器用于监视桥上的电缆应变。在行动的其他智能桥梁包括以下内容。

• 金堂大桥，韩国：低成本的无线传感器监控桥梁的超速和超载的卡车响应。
• GI-路斜拉桥，台湾：无线传感器和加速度计监测其结构健康。
• 布鲁克林大桥，纽约市：光纤传感器测量位移和温度。
• 密苏里州吉拉多角比尔·埃默森纪念桥:每个传感器1.5万美元的强动态传感器通过以太网获取和传输数据。

项目案例研究：圣安东尼瀑布大桥

的圣安东尼瀑布大桥美国的I-35号公路大桥取代了坍塌的明尼阿波利斯大桥，由Flatiron-Manson和Figg桥的工程师共同建造。大桥于2008年9月竣工，由两个平行结构组成，每个交通方向各一个，使用预应力混凝土箱梁。河跨采用预制节段施工，其余3跨采用现浇混凝土。传感系统的总成本约为100万美元，与大桥2.34亿美元的造价相比，只是冰山一角。

智能桥式传感器实现

超过500个现成的传感器收集关于圣安东尼瀑布大桥的结构行为和腐蚀的数据。用195个振动丝应变计(VWSGs)、24个电阻应变计和12个光纤位移传感器测量结构变形。这些光纤传感器为计算挠度提供了河段的整体曲率，它们以六对的形式安装在跨度2(跨河的中间跨度)的外部箱梁的顶部和底部。

桥梁内的温度和整个结构的热梯度由243个热敏电阻测量，包括集成到应变仪的热敏电阻。这些热敏电阻和振动丝应变计(VWSGs)分布在沿两个结构长度的不同部分的关键位置。在每个箱梁的顶部安装一个VWSG，在箱梁中心线的底部法兰安装一个VWSG。

共有26个加速度计测量结构的模态频率，以计算挠度和结构振动。其中一半安装在各跨箱梁的跨中，另一半安装在南向跨2的外箱梁上。安装这13个传感器是为了收集更多的信息以备将来使用，它们可以朝向不同的方向，并且均匀地分布在顶部法兰的角上。在伸缩缝处安装了12个线性电位器，用以测量桥梁的整体膨胀和收缩。

甲板上有四个腐蚀传感器(由Corsensys提供)，用于确定钢筋对腐蚀的敏感性。这些传感器位于钢筋钢绞线(一种缠绕在多层钢丝上的电缆)上，测量腐蚀电流、混凝土电阻率和混凝土温度，以确定腐蚀的开始、腐蚀速率、混凝土含水量以及水和氯化物的运输过程。异常的氟化物水平可能表明腐蚀，以便采取纠正措施。

智能桥梁监测

明尼苏达大学正在收集和分析收集到的数据，以更好地了解梁结构的行为，并将最终开发一个长期监测桥梁的系统。有些信息是冗余的，因此可以分析不同类型的传感器。基线行为是在手术的第一年建立的。利用有限元方法建立了模型，以便将测量数据与预测数据进行比较，并提供一个能够对长期监测作出预测的工具。有限元模型计算的模态频率与实测频率有较好的相关性。研究发现，热效应引起的应变比卡车荷载引起的应变大得多。蠕变和收缩试验结果将纳入未来的模型。

在这种情况下，腐蚀传感器是唯一能够指出特定位置问题的传感器类型。从其他传感器获得的全局测量不能用于检测局部缺陷。因此，来自其他传感器的数据必须通过使用模型来确定桥的曲率和整个桥的响应来组合和评估。

长期监测系统将以可由维修部门监测的预期反应为基础。响应的任何变化，如桥的曲率是由综合测量得到的，都将表明出了问题。热数据的预测响应也将与实测数据进行比较:如果出现越界情况，将通知维修部门。在发现潜在的问题后，仍然需要亲自检查，以便更仔细地检查。

未来智能桥创新

由于目前大多数的传感器技术不能精确地确定在特定的地点发生了什么，其他的组织正在开发最先进的传感器国家标准与技术研究所（NIST）和其他组织。密歇根大学正在开发一种感测“皮肤”（油漆或涂料结合的传感器）的基础上的碳纳米管。当有电流刺激时，这些传感器将能够识别其中裂缝位于或在表面之下的其它危害。然而，这种技术仍然被商业化，需要几年的时间，目前成本过高。

若干组织也正在开发无线技术。德克萨斯大学奥斯汀分校正在研究如何利用桥梁的振动来为感知裂缝的设备发电。太阳能在马里兰大学，能量被用来给传感器供电。在加利福尼亚大学(圣地亚哥)，研究人员正在使用压电传感器来寻找裂缝，这种传感器可以通过一座桥发送和接收高频音调。位于罗拉的密苏里大学正在开发几个基于光纤的系统。一个系统监视总体性能和结构的健康状况，而另一个系统则询问主要结构修复的行为。

还需要试验台的结构，以评估当前和未来的传感器系统。在伊利诺伊州芝加哥大学，研究的重点是结构健康监测系统的全面桥结构实现。该试验台是1912年钢桁架桥接穆罕默德，IL，其被暴露于极端温度波动和频繁的水灾。一系列的使用状态的最先进的有线传感器系统动态试验已进行了因为使用的实验数据和发达损坏检测算法验证2007年1月的数值模型更新正在进行中。在不久的将来，智能传感器网络将使用摩托罗拉手机基站在这座桥上来实现。

另一个有助于将智能桥梁技术应用于实际的重要项目是联邦公路管理局(FHWA)的长期桥性能（LTBP）程序。这20年的计划由罗格斯大学领导先进基础设施和交通中心(CAIT)和涉及仪器仪表的一些高速公路桥横跨全国。LTBP希望能提供一幅更详细、更及时的桥梁健康状况图，并提高对桥梁性能的认识。桥梁性能被定义为桥梁在各种复杂的相互关联的因素下的功能和行为，如交通量、荷载和环境条件(冻融循环、降雨或大风)。