基于木桶理论的钢桁架拱桥健康监测系统设计

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1、第五部分：载运工鼻设计制造及运用工程啊"，一一_蕾—_t铲B，一谭：姊p一捌F～二'，御‘膏一-一一一-‘●一最，，舻。节●一-+g。}一‘。、一。柚p4⋯J。硝基干木桶理论的钢桁架拱桥健康监测系统设计付军1，严新平1，刘胜春2，初秀民1(1．武汉理工大学ITS中，心，湖北武汉430063；2．武汉理工大学OBS中心，湖北武汉430063)擒要：近年来工程界对桥梁健康监测系统的研究日渐关注，本文参考了国内外桥梁健康监控系统的最新发展状况，对属于钢桁架拱桥的江汉一桥健康监测系统加以研究，提出了基于木桶理论的桥梁健康监测系

2、统方案，力求实现对结构整体行为的实时监控和结构状态的智能化评估。关键词：木桶理论；钢桁架拱桥；健康监测系统；智能化评估l桥梁健康监测的目的、意义及研究现状以前桥梁管理部门为了掌握桥梁的技术和安全状况，通常采取定期检测的方式观察其沉降量和外观变化，并据此了解桥梁的结构安全睦康状况，如有进—步的要求还需通过荷载试骚劬IZl以验证，但是定期检测和荷载试验只能初步间断性的反映桥梁局部结构安全健康状况，很难全面、实时地反映桥梁结构的健康状况，而且通常定期检测和荷载试喧蝴也会造成很大的影响。有鉴于此，为了使桥梁管理部门能实时掌握桥

3、梁的结构安全健康状况，以制定相应的管理和维修措施，桥梁长期健康监测项目的实施将会具有重要的现实意义。桥梁健康监测系统不只是传统的桥梁检测技术的简单改进，而是应用现代化的传感技术、计算机技术、现代网络通讯技术和人工智能技术对桥梁的工作环境、桥梁的结构状态、桥梁在车载等各类外部荷载因素作用下的响应和行为进行实时监测，及时掌握桥梁的结构状态，全面了解桥梁的运营条件及质量退化状况【lJ，为桥梁的运营管理、养护维修、可靠性评估以及科学研究提供依据，并目可以对桥梁运营过程中出现的严重异常情况进行自动预警，同时对于睑’汪与麴拦射辘魁

4、悃到壮勐诤去、开发与实现各种结构控制技术以及深入研究大型桥梁结构的未知问题具有重要意义。国际上，在20世纪80年代中后期，开始各种规模的桥梁健康监测系统的建立。例如，英国在总长522m的三跨变高度连续钢箨滦桥Foyle桥E建立健康监测系统，监测大桥运营阶段在车静嗬风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，同时也考虑环境因素例如风和结构温度场，该系统是最早安装的较为完整的监测系统之·’它实现了实时监测、实时分析和数据网络共享。建立健康监测系统的典型桥梁，还有挪威的sk锄1sl毗t斜拉桥(主跨530m>121、美国的Suns

5、hineSkyBridge黼(主跨440m)、丹麦撒l624m的GreatBeltEast悬索损一以及加拿大的ConfederationBridge桥等州。我国桥梁健康l监测工作起步相对较晚，始于E世纪90年代末，究其原因主要是由于观念、资金、测试技术和监测手段的落后。随着我国经济的迅速发展，桥梁建康监测的意义和作用已逐步为桥梁建设者、设计人员和管理人员所认识；同时澳临嗷术和监测手段的全面提高和更新，桥梁监测的软、硬件条件都发生了大的改变，使得我国的桥梁健康蝴0成为可能，桥梁研究工作者相继展开了桥梁在线健康监测系统的研

6、究，先后在香港的青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥，内地的E海徐浦大桥以及江阴长江大桥、江阴长江大桥、芜湖长江大桥和南京长江二桥等特大型桥梁E建立了不同规模的结构监测系统怫oJ。2钢桁架拱桥健康监测系统设计2．1工程背景江汉一桥是武汉市联络汉口和汉阳的第一座城市桥梁，北起汉ISl利济路横跨汉水南连汉阳古琴台，全长11632005·8中国·大连国交通研究与探索(2005)一第六声全国交通运输领域青卑掌李套议论丈亲t·-。川1‘’‘⋯一㈨。一《毋∥舯·，爿甯膏¨⋯⋯’^。‘{qp¨川1÷一，川。E一々r舻一弗∥毗舻甘，#一删黼

7、r，*322．4m，正桥为54．3m+83．37m+54．3m的三孔连续梁与拱形钢桁架组合的静不定结构，两岸引桥为4×20．5m双孔钢筋混凝土连续梁。主梁为八片钢板梁组成，纵横向均设连接系。板梁匕直接铺设钢筋混凝土行车道板，主梁下由钢桁架承托，钢桁架仅有横向连接系。桥面布置6车道总宽2．6m，设计荷载为汽一18，按拖80计算，桥下通航净空高10m，航道宽80m以适应通航要求。自从1956年建成通车，江汉—桥至今眼役已近50周年，交通流量和车辆荷载也在逐年攀升，特别是在过境交通的超载货车怍—碍rF，长期承糊过酾十懒荷裁蝴

8、的结㈣艮刁涮，桥梁矧撕朝．状况及结构安全受到严重影响，急需对结构安全和环境因素进行监测并采取有效措施保证桥梁的正常营运。—个由若于木扳拼成的木桶容积，是由最短白9_臻沐板决定的此即为木桶原理。同理，桥梁矧勾安全电取决予侨舅黼的薄弱环节，要保i耐鹈弩黼的安全，首先就剽揪梁关睡啦置(薄弱环节)的安=色从确保江汉—桥安全营运的原则出发，