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智能桥梁张长青编译斯卡吉特河大桥事故发生后的一个月时间里.doc

泰然健康网
2025-06-14 23:49

智能桥梁张长青/编译斯卡吉特河大桥事故发生后的一个月时间里，每天有近7万多辆汽车要多花费半个小时绕道而行大家好，我是史蒂文·彻里（Steven Cherry），这里是《光谱》杂志举办的“科技智慧对话”节目。先让我们将时光回拨到今年的5月23日晚上7时左右，一辆行驶在5号州际公路上的卡车，在通过斯卡吉特河大桥时撞上了大桥顶梁，造成了大桥垮塌，卡车从50米高度坠入河里，紧随其后的两辆汽车也一并坠入河中，所幸没有造成人员死亡。当事故发生时，安装在桥上的传感器对此也无能为力。据当地一家媒体报道，去年，大桥调查人员曾在桥梁的八个位置发现有高负载致损的迹象，有钢梁已经发生了变形，而且，这次事故将大桥的钢梁撕开了一个8寸长的口子。我们几乎每天都会听到有桥梁损毁的消息，而有些事故通过桥梁传感器原本可以提前预知或避免的。我们怀疑，上述情况的发生，靠传感器技术能避免吗?为此，今天通过电话连线，我们邀请到华盛顿大学计算机科学与工程学博士吕晨阳(Chenyang Lu)先生，向大家传授有关桥梁传感器作用的一些知识。吕博士涉足的领域包括“实时系统”、“无线传感器网络”以及“信息物理系统”，他同时也是ACM和IEEE组织中的一位活跃成员。 “不同种类的传感器可以为我们提供更多实时信息” 彻里：第一个问题是，传感器对斯卡吉特河大桥上发生的事故是否起到了有效的监测作用？第二个问题，桥梁上设置传感器有作用吗? 吕晨阳：是的，在这个区域都会设置结构健康探测系统，这一系统能够准确地监测到该区域，例如，用传感器来探测桥梁结构的损坏程度。就范围来看，从天上的飞机到地面的桥梁都有涉及。当然了，我们还是要针对特定的问题做具体的分析，而且，利用结构健康探测技术解决这些问题是大有希望的，至少在某些案例中获得过成功。彻里：我的意思是说，传感器能否探测到卡车撞击桥梁的情形吗？吕晨阳：不同种类的传感器可以为我们提供更多的信息，即有探测结构完整性的，也有探测桥梁损伤程度的。例如，有探测跨接点强度的强度计，有用来探测桥梁结构损伤程度的光纤传感器，也有能测量桥梁振动的感应器。包括通过模态分析、信号处理以及普遍应用的模式识别等手段，试图发现大桥在振动状态中是否发生了物理变化，即出现损伤的可能性。彻里：在实验室里通过软件进行物理结构建模，然后观察何种传感器能有所奏效。你们是如何试验的? 吕晨阳：例如，斯卡吉特河大桥是属于一种常见的桁架桥结构，试验需要在结构工程和土木工程实验室里进行。我们进行了大量的桁架实验，包括与合伙人一起在伊利诺伊大学香槟分校建有一个可重构的桁架原型，通过这个原型，实际上你可以很容易地损坏桁架的任何部分，或者也可以更换部分桁架，比如将厚桁架换成薄桁架，以便预测到某种结构有发生退化的可能性。你也可以去掉一根你想要去掉的桁架，然后向工作台施加振动力，使其作用于这些桁架上。接下来，用传感器对这些桁架实施监测，并通过软件或运算来探测这种损伤程度，并试图做得更逼真些。当然，在真实状况下发生的损伤是有其极限程度的。如果一切顺利的话，就将这种结构样件放大，就像我们在普渡大学里所做的那样，建成一套与实物大小一样的公路桥桁架。普渡大学是我们另外一家与之合作的土木工程合伙人。实际上那是一个相当大的桁架结构，你可以对其实施类似的实验。彻里：就是说这些模型都是基于真实数据采集的。这让我想到了一个实例，韩国的珍岛大桥。这座桥有什么特别之处，你对它有了解吗? 1984年10月竣工的韩国国内当时唯一的双梁斜张桥——珍岛大桥吕晨阳：是的。我非常了解，整个项目是由我的合伙人、伊利诺伊大学香槟分校承担的，与韩国科学技术院（KAIST）、日本东京大学共同完成了这个项目。珍岛大桥坐落于全罗南道珍岛郡，跨越鸣梁海峡，于1984年10月18日竣工，是韩国国内唯一的双梁斜张桥，基本将珍岛与韩国大陆半岛连接起来。在这座大桥上，研究人员部署了数以百计的传感器，与我在华盛顿大学所做的课题基本相同，即无线传感器网络系统更容易部署在智能结构中。无线传感器网络系统对美国具有特别的意义，因为全美所有的一些古老的桥梁，必须要对其监控系统实施新的改造。这也正是伊利诺伊大学团队目前正在从事的工作，他们在韩国部署的这套系统已有多个年头了，持续不断地监测桥梁的振动情况，包括台风等灾害性天气对大桥造成影响的案例分析。 “结构模型和软件试验以模拟不同事件对大桥的影响” 彻里：跟我们讲讲关于网络本身的情况。据我所知，传感器本身是相当复杂的，其系统的限制因素是否源于网络本身？也就是说，传感器收集到的数据要返回实验室或什么地方。吕晨阳：在斯卡吉特河大桥事件之前，明尼阿波利斯就发生过I-35大桥垮塌事故。当那座大桥垮塌后，他们又建造了一座新桥，而且还为那座新桥安上了有线传感器网络。然而，有线网络存有两种缺陷。一是当大桥出现