浅议大跨径桥梁运营健康检测组成和设计

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1、浅议大跨径桥梁运营健康检测组成和设计　　摘要：通过综合考虑大桥所处的环境和当前的结构状况对桥梁进行针对性的运营健康监测，及时发现桥梁损伤，为桥梁维护管理提供技术依据，辅助桥梁日常交通管理，确保桥梁安全。关键词：大跨径桥梁；运营健康监测；系统设计。中图分类号：U445文献标识码：A1概述近年来，我国的一些大型桥梁也设计安装了结构健康监测系统，如广东虎门大桥、重庆大佛寺桥、海口世纪大桥、南京三桥、江阴大桥和润扬长江大桥，以及苏通长江大桥结构健康监测系统等。与国外相比，我国的这些桥梁结构健康监测系统在工程规模、实施水平、和系统功能的完善上存在着不小的差距，具体表现在以下四个方

2、面：1这些所安装的监测系统不是按结构损伤识别的功能要求来设计的，对其关键内容，如传感器的布置、阻尼及非经典阻尼的测量、模态精度与损伤识别能力间的关系、采样率、结构的剩余承载力评定等基本上没有考虑，因而基本上没有进行结构损伤识别的能力。这些监测系统所采集的数据主要是各种荷载参数，虽然也量测了少量结构动静态应力和变形，但不符合损伤识别的要求。61．2到目前为止，虽然已经建成了一些监测系统，但尚未见到国内公开发表的实际桥梁安全监测系统的监测数据和对数据的分析结果，更未见到这些分析结果对结构设计的改进作用。1．3桥梁监测系统要求所有的传感器在数据采集上具有严格的时间同步，这样监

3、测的数据才有分析比较的价值，而目前国内很多系统还没达到这种最基本的要求。4大多数桥梁监测系统设计都是根据桥梁竣工验收试验的内容设计的，基本没有原始的动力指纹测试内容。而没有原始的动力指纹测试就谈不上真正意义上的结构健康监测。2健康监测系统设计功能和目的大桥结构健康监测系统的功能和目的主要是根据大桥自身的结构特点，综合考虑大桥所处的环境和当前的结构状况来设计的，内容如下：2．1环境监测大桥的环境监测主要是通过空气温湿度计对桥址处的环境温度、湿度进行连续监测，统计掌握大桥环境状况，为大桥材料性能及耐久性评估提供环境分析数据。2．2风荷载监测大桥的风荷载监测主要是通过风速仪对

4、桥址处的风速风向进行监测，记录异常风荷载，从而为异常风速状况下的桥梁工作状况（如变形、应力变化等）的分析提供荷载数据。62．3交通荷载监测大桥的交通荷载监测主要是通过动态称重系统（WIM）在不中断交通的情况下记录车流量、车速、轴重、轴距等关键交通荷载信息，经分析统计其汽车荷载模型，用于桥梁承载能力评定，并辅助进行日常交通管理和桥梁结构安全管理。2．4挠度变形监测主要是通过GPS（全球卫星定位系统）来监测桥梁在运营期间内，在活载、恒载及长期荷载作用下，桥梁主要结构断面的位移情况，而塔身的位移通过沿塔身布设的小量程高精度倾角仪来监测，从而预警和掌握桥梁结构刚度变化情况，为桥

5、梁整体状况评估提供数据。2．5拉索索力监测大桥斜拉索的索力监测主要是通过选取在索力敏感的拉索上安装压力环来定期监测该索索力的变化，从而掌握和预警其所属索区的索力分配情况，为拉索和桥梁的状况评估提供数据。2．6应力（应变）监测通过对关键断面上的应力（应变）监测点的连续采集，监测桥梁在运营荷载作用下的工作性能，从而掌握和预警桥梁结构受活载冲击情况和桥梁刚度变化的情况；并且通过对比在一段时期内的桥梁主要测试断面的应力变化情况，可为识别桥梁结构是否存在病害提供分析数据。62．7桥梁振动监测通过对关键断面上的振动监测点的连续采集，监测桥梁在运营荷载作用下的桥梁动力特性参数（频率、

6、振型和阻尼）和振动水平（振动强度和幅度），从而掌握和预警桥梁结构受活载冲击情况和桥梁结构刚度变化的情况。2．8桥梁结构预警根据以上桥梁的各个监测项目，系统将综合桥梁结构控制断面设计计算值、验收荷载试验数据以及历史监测数据等进行分析，确定桥梁结构最佳特征参数，和在不同服务水准下的正常使用控制值和极限值，并将实时监测数据与之相比较，以达到对桥梁工作状态和结构状态的两级报警，即桥梁结构的使用预警和桥梁结构安全预警。2．9结构健康状况评估主要根据对桥梁进行的综合监测结果，分析获取桥梁结构特性参数，建立桥梁结构特性参数与桥梁结构状况评估之间的精确关系，实现对桥梁结构健康状况的评估

7、。2．10辅助管理功能在上述监测功能、预警功能和结构评估功能的基础上，系统能辅助进行大桥的日常交通管理，并能为桥梁养护检查或维修加固决策的制定和实施提供科学的依据，辅助管理单位进行大桥的养护管理。3健康监测传感器系统设计63．1布点原则大跨径桥梁结构健康监测的基本监测功能将通过传感器系统来实施，传感器的测点布置决定了系统的功能和效率，从这两个角度出发，本系统的测点布置应遵循以下两个前提原则：3．1．1应从大跨径桥梁结构特点和实现系统功能的角度出发进行传感器的测点布置，同时考虑系统的经济性和可靠性；3．1．2传感器测点的布置以把握结构宏观量