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造價高昂，結(jié)構(gòu)龐大的工程，如大跨橋，一旦倒塌，將長期影響大范圍地區(qū)（半個省甚至幾個?。┑慕煌?、經(jīng)濟和社會生活，因此必須不惜一切代價來保證其安全。橋梁經(jīng)受日曬雨淋，承受疲勞荷載，必然會有緩慢發(fā)展的累積損傷，累積損傷發(fā)展到一定程度，就會引發(fā)安全事故?！皩τ谝话銟蛄豪鄯e損傷的監(jiān)測，主要依靠一套周密的、在正常交通情況下的人工檢查制度來發(fā)現(xiàn)并觀測累積損傷的發(fā)生、發(fā)展。但對特大橋，一次全橋的詳細人工檢查周期太長（需要幾年時間），難以跟上損傷發(fā)生、發(fā)展的速度，也就難以及時發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的累積損傷。在計算機技術(shù)高度發(fā)展的今天，橋梁工程領(lǐng)域開始考慮利用一些能夠在不封橋的情況下使用的技術(shù)來觀察累積損傷，于是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。能夠識別累積損傷的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是十分昂貴的。但特大橋造價高昂，如青馬大橋造價為72億港幣，虎門大橋為27億元，江陰大橋為33.7億元，再貴的監(jiān)測系統(tǒng)價格也只占大橋自身造價的很小比例。因此，在特大橋上安裝結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是有必要的。

監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展

    基于上述特點，準(zhǔn)備建立自己的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的公司越來越多，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)也越來越受到各個管養(yǎng)單位的重視，基于這種工程實際和現(xiàn)狀，科研技術(shù)人員以及團隊在2004年就開始研發(fā)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，已滿足橋梁監(jiān)測的需要。負責(zé)健康監(jiān)測系統(tǒng)項目的黃工說：“在當(dāng)時，我們就系統(tǒng)的功能和需求訪問了許多的橋梁管養(yǎng)單位和檢測單位，做了大量深入和細致的工作，最終確定了健康監(jiān)測系統(tǒng)的模型和功能?！被跇蛄航】当O(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測要求，必須要求該系統(tǒng)能夠做到長期實時監(jiān)測可能損傷結(jié)構(gòu)的異常荷載，如特大風(fēng)荷載、超重車等等；長期實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的過大反應(yīng)（過大的位移、應(yīng)變等），以便向橋梁管理部門及時報警；協(xié)助人工檢查，更快地發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷，特別是累積損傷；提供足尺試驗條件以便研究和改進橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的方法等。

    同時，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)該包括如下幾個方面：以風(fēng)速儀、溫度計、動態(tài)地秤、強震儀等儀器監(jiān)測橋梁所承受的荷載；用攝像機、陽極梯等儀器記錄橋梁狀態(tài)；采用位移計、傾角儀、GPS、應(yīng)變儀和加速度計等傳感器觀測橋梁各個部位的變形和加速度等反應(yīng)。

    在對上述需求和特點進行分析和設(shè)計后，團隊開始了系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)工作，在2006年底，我們完成了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)工作，正式投入正常運行，目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功在湛江海灣大橋和南寧葫蘆鼎大橋運行。當(dāng)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)完成后，許多橋梁管養(yǎng)單位紛紛致電黃工咨詢該系統(tǒng)功能，黃工表示，該系統(tǒng)目前已經(jīng)非常成熟和穩(wěn)定，可以滿足任何惡劣情況下使用。鑒于目前咨詢橋梁管養(yǎng)以及培訓(xùn)的單位比較多，除了通過電話聯(lián)系外，可以通過公眾號留言咨詢。經(jīng)專家講評，在各種橋梁建設(shè)中，特大橋的造價高昂，但長久以來，對其進行監(jiān)測只是依靠人工檢查，周期太長，且不能及時發(fā)現(xiàn)橋梁的累積損傷。因此，探索和發(fā)現(xiàn)一種能夠?qū)μ卮髽蜻M行實時監(jiān)測的系統(tǒng)非常必要。

    目前國內(nèi)外一些橋梁安放了成套傳感器和記錄傳輸、分析設(shè)備，能實時顯示橋梁當(dāng)前的變形、應(yīng)力和模態(tài)，以便進行損傷識別，有的系統(tǒng)已經(jīng)觀測了十多年。如日本的明石海峽大橋等幾座懸索橋；挪威也有5座橋梁安裝了結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)。香港有3座大跨橋上安裝了價格昂貴的“風(fēng)與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)”，具有初步的損傷識別能力，且該系統(tǒng)應(yīng)用得非常成功，在7年的應(yīng)用中為研究人員提供了大量的、多方面的監(jiān)測報告，其成果已直接用于香港更大的兩座橋梁――青龍橋和昂船洲橋的設(shè)計。

湛江海灣大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求和設(shè)計

    湛江海灣大橋是一座雙塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨480m，總長3981m。主橋邊跨60m箱梁為混凝土箱梁，在輔助墩處與鋼箱梁連接。橋塔為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔從承臺頂高155.1m、從橋面高113.8m。橋塔是圓弧曲線的A型橋塔。湛江麻斜海灣位于廣東省西部和雷州半島東北部，面向南海。夏秋兩季經(jīng)常有熱帶風(fēng)暴登陸。最大風(fēng)速超過36m/s。臺風(fēng)出現(xiàn)在5~11月，尤其是7~9月。根據(jù)過去的記錄，每年臺風(fēng)登陸幾率為46%。 湛江海灣大橋位于兩個橫向地質(zhì)斷裂帶中間。橋梁東南方處于南311?？禂鄬拥臇|北部。但最危險的地震地區(qū)主要位于橋梁的東北邊和南邊。大地震有可能在這些地區(qū)發(fā)生。   

   湛江海灣大橋監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，安裝了16個EM傳感器來監(jiān)測斜拉索索力變化；20個溫度傳感器記錄箱梁溫度梯度；18個振弦式應(yīng)力計監(jiān)測主橋應(yīng)力應(yīng)變；2個風(fēng)速儀監(jiān)測風(fēng)速風(fēng)向；3個GPS接收器用于分析兩個橋塔和主跨位移；振弦式傾斜儀用于分析扭轉(zhuǎn)和變形。湛江海灣大橋?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)包括實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時提供橋梁當(dāng)前的健康狀態(tài)，使得預(yù)測未來結(jié)構(gòu)危險變化和發(fā)布警告成為可能。該系統(tǒng)還可以建立更詳細和完備的健康分析數(shù)據(jù)庫。其關(guān)鍵在于利用最少的傳感器獲得、處理和分析橋梁最關(guān)鍵位置的實時靜動力數(shù)據(jù)。目前運行情況良好，有力的幫助橋梁養(yǎng)護工程師方便地進行橋梁損傷檢測、分析和評估，起到了巨大和重要的作用。