材料为钢筋混凝土，在钢筋混凝土结构构件中，钢筋达到屈服时会产生很大的塑性变形，构件会出现较大的变形和过宽的裂缝，以致无法满足正常使用的要求。钢筋按其力学性能的不同可分为有明显屈服点的钢筋即软钢和没有明显屈服点的钢筋即硬钢，其应力一应变关系如图1所示。
由图1可知当钢筋承受较大的应力发生破坏时会产生较大的变形，钢筋铺设在混凝土内部，钢筋的密度与混凝土的密度差很大，超声波在其中传播的速度会发生改变，从而导致接收到超声波的时间发生变化。故可通过超声波传感器监测桥梁中钢筋的变形来实现对桥梁钢筋混凝土结构构件的健康监测。
4 超声波健康监测工作流程
4.1 传感器的工作程序及安装方式
根据监测的需要设计安装沟槽。读取图纸中钢筋混凝土中的受力钢筋的位置，在其平行部位预留沟槽。桥梁跨度较大时，分段进行。沟槽的宽度根据超声波发射器及超声波接收器的大小设计。沟槽要求光滑平整不影响传感器的正常工作。健康监测系统传感器工作程序如图2。
在桥梁上的沟槽上安装滑轮小车（自动化且能远程指挥），将超声波传感器分别安装在每一段上的滑轮小车上，使其在沟槽内能够按照已经设计好的运行轨道移动，从而用较少的传感器实现对桥梁内部钢筋结构的全面监测。对小车及所监测的钢筋及所在轨道进行编号（表1），并根据实际情况与要求设定各个小车的运行周期。
图3中，M′、N′、M″、N″分别为所设沟槽；P是安装超声波发射器的遥控小车所在位置；Q是安装超声波接收器的遥控小车所在位置，在仪器运行阶段PQ的连线必须与钢筋所在直线MN保持垂直。将接收到的数据传送到数据存储器中，并进行数据处理。
4.2 数据存储
采用二元数组的形式对数据进行存储（表2和表3）。
4.3 数据处理及多源识别
在进行调试时，根据钢筋混凝土试件的不同，桥梁所处的不同环境，选择不同峰值频率和带宽的传感器，以适应不同的监测要求。
采集到的数据均是超声波的传递时间（t1，t2，t3，…，tn），分别就理想状态与试验状态的数据模型进行分析。
（1）理想状态（假设钢筋混凝土构件内部的混凝土搅拌绝对均匀，1dm2验小块的密度能够保持一致性）。
桥梁建成未运营时：采集原始数据组（t1，t2，t3，…，fn）则有（t1=t2=t3=…=tn），安装超声波接收器的遥控小车从M′运行到N′视为一个运行周期，通过一元一次方程模拟的钢筋状态示意图（图4）。
钢筋发生一定程度的弯折时：采集数据组（t1，t2，t3，……tn……）则有（t1=t2=t3，t34不等于t35但连续变化……），并与原始数据组进行比较，通过一元一次方程模拟的钢筋状态示意图（图5）。
由图4、5可知，有一段钢筋发生了弯折，且根据小车在第t3，t4时刻所在的位置，估测出钢筋的形变位置。
（2）试验状态（钢筋混凝土构件内部的混凝土搅拌达不到绝对均匀，1dm3的试验小块的密度有轻微差别）。桥梁建成未运营时：采集原始数据组（t1，t2，t3，……tn……）则有（t1，t2，t3，……tn……不相等但呈现连续性变化），装超声波接收器的遥控小车从M′运行到N′视为一个运行周期，通过一元一次方程模拟的钢筋变形状态如图6。
将基础数据保存在数据库中，同时监测各种破坏的破坏形式从而形成图像，建立破坏时的数据库形成各种破坏模型。监测运营后的桥梁情况与真实的初始数据进行比较，建立如图7的比较图像。
当监测识别存在偏差时，与各种破坏的破坏图像比较，寻求相似度接近度最高的模型，从而分析桥梁的实际变形，做出正确的损伤判断。
上述方法仅能监测钢筋的上下变形，通过安装多传感器即在构件的上下位置同时安装一套仪器，实现对钢筋的前后变形监测，通过对两组数据的合成，实现钢筋的三维立体实测图像，如图8、9所示。
与单一超声波系统比较，采用多传感器监测的健康系统能够实现更加立体和全方位的监测视角，提高健康诊断的准确性和可靠性，得到精确的目标距离方位信息。
4.4 超声波健康监测系统的优势
主要优势体现在以下几点：铺设在桥梁结构的外部，便于安装维修；不用寻求一般传感器的最优铺设位置，通过沟槽的设计，能够实现对桥梁内部钢筋的全面监测。且对混凝土结构无损伤；使用时受外界噪声影响较小，得到的数据精确度更高，提高了数据的利用率，降低了数据处理的难度；超声波技术基于传感器原理，可以进行多源数据的扩充和信息系统处理能力的进一步提高，为桥梁健康监测提供了基础技术支撑平台。
5 结语
以超声波作为桥梁健康监测的传感设备还处于初级阶段，一方面要投入专用检测设备的研发，同时要加大数据处理系统的软件开发工作。超声波传感器的快速发展，对大型工程结构的无损监测与信息技术的结合，提出了一种新的监测技术和数据收集形式。
