一、橋（qiáo）粱安全監測的意義

隨著（zhe）科學技術的進步以及交通運輸的需求，許多大跨度橋梁應運而生，尤其是懸索橋以其跨度大，造型優美，節省材料而（ér）備受人們的青睞，成為大跨度橋梁的首選。但隨著（zhe）跨度的增大，從（cóng）幾百m到3000m；加勁梁的高跨比越來越（yuè）小，（1/40～1/300）；安全係數（shù）也隨之下降，由以前的4～5下（xià）降為2～3。另外，由於其柔性大（dà），頻（pín）率低，對風的作用很敏感。由於（yú）缺乏必要的監測（cè）和相應的養護，世界各地出現了大量橋梁損壞事故，給國民經濟和生（shēng）命財產造成了巨大損失（shī）。

1994年10月韓國漢城發生了橫跨漢江的聖水大橋中央斷場50m，其中15m掉入江中，造成死亡32人、重傷17人的重大事（shì）故（gù）。據稱造成橋梁在行車高峰期突然斷裂的原因是（shì）長期超（chāo）負荷運營，鋼梁螺栓及杆（gǎn）件疲勞破壞所致。

1940年完工（gōng）的主跨853m的塔可馬大橋（TacomaNarrows），隻使用了三個月，便在19m／s的風速下造成了塌橋（qiáo）事故 ：1951年主跨1280m的金（jīn）門大橋於風速（sù）15～1520m／s時因振動而造（zào）成橋體（tǐ）部分損壞（huài），等等。

美國現有的約50萬座公路（lù）橋中，20萬座以上存在不同程度的（de）損傷。1967年（nián）2月橫跨美國俄（é）亥俄河上的銀橋突然倒塌，造成（chéng）46人死於非命。

我國早期建造的斜拉橋（qiáo），由於拉（lā）索的防護不合（hé）理而引起的斜拉索的嚴重鏽蝕，如濟南（nán）黃河橋、廣州海（hǎi）印橋（qiáo）的斜拉索在遠未達到他們（men）的設計壽命下，被迫全部更換，造成很大的經濟損失和（hé）不良的（de）社會影響。

過去十幾年裏（lǐ），我國已建成一批大跨度橋梁（liáng），僅上海就有南浦、楊浦和徐（xú）浦（pǔ）大橋（qiáo）等（děng）具有世界先進水平的橋梁，另（lìng）外，香（xiāng）港的（de）青馬大橋和虎門的虎（hǔ）門大橋又是我國首（shǒu）次建立的（de）懸索橋，近年來我國特別是沿（yán）海地區（qū）交通發（fā）展迅速，迫切需要建立一大批大（dà）跨度橋（qiáo）梁。為了確保這些耗資巨（jù）大，與國計民（mín）生密切相關的大橋的安全耐（nài）久（jiǔ），必須對這些大橋進行連續的監測。

目前，橋梁的監測越來越受到重視，許多研究人員都在致力於橋梁的監測研究，橋梁的安（ān）全（quán）監測正日益成為土木工程學科中的一個非常活躍的研究方向[1,2,3]。

二、橋（qiáo）梁位移監測儀器的現狀

大跨（kuà）度橋梁（liáng）受（shòu）風荷載，車載，溫度（dù）和地震影響較大，而在沿海地區一般無地震，主要受台風（fēng），車載和溫度的影響，為保證（zhèng）其在上述條件下的安（ān）全運營，必須研究橋梁在上述條件下的實際位移曲線（xiàn），而目前對風的研究僅局限於理（lǐ）論和模型實驗，對實橋在風作用下的（de）研究還不（bú）充分，對車載的研究也隻是在特定時間和空間下（xià）進行。主要原因是測試儀器的不合理，對大橋不能連續實時監測。目前用於結構（gòu）監測的儀器主要有：經緯儀、位（wèi）移（yí）傳（chuán）感器、加（jiā）速度傳感器和激光測試方（fāng）法。

上（shàng）海楊（yáng）浦大橋（qiáo）就采用的是（shì）全站儀自動掃描法，對各個（gè）測點進行7s一周的連續掃描，其缺（quē）點是各測點不同（tóng）步以（yǐ）及（jí）大變形（xíng）時不可測。

位移傳感器是一種接觸（chù）型傳感器，必須與測點相接觸，其缺點是對於難以接近點無法測（cè）量以及對橫向位移測量有困難。

加速度傳感器，對於低（dī）頻靜態位移鑒別效果差，為獲得（dé）位移必須對它進行兩次積分，精度（dù）不高，也無法實時。而大型（xíng）懸索橋（qiáo）的頻率（lǜ）一般都較低。

激光法測試精度較高，但在橋梁晃動大時由於無法捕捉光點也無法測量。

除上述不足外（wài），對橋梁的扭角測試也力不從心，為對（duì）橋梁進行安全監測，必須尋找更好（hǎo）的測試方法。目前出現了利用GPS進（jìn）行測試的新手段，在橋梁高層結構上進行實地（dì）測試[4-6]，過靜君與1996年（nián）對深（shēn）圳帝（dì）王大廈，1998年對香港（gǎng）的青馬大橋進行了實驗研究，特別是1999年在廣州虎門（mén）大（dà）橋進行（háng）了實橋測試，目前已正常工作。國外的dodson，A.H，1997；brown，G.J，1999也利用GPS對結（jié）構進行監測，獲得了成（chéng）功，但在（zài）國內利用GPS對（duì）橋梁（liáng）的測試（shì）還無先例，在國外也僅限於位移監測，利用GPS進行動力分析（xī）和研究橋（qiáo）梁在風和車輛（liàng）作用下的力學行為還不充分。下麵介紹利用GPS監測的原理和特點。　　GPS位移監測原理：大（dà）橋位移監測係統是采用衛星定位係統。它是利用接收導航衛星載波相位進行實時相位差分即RTK技術（Real Time Kinematic），實時測定大橋位移。

GPS RTK差（chà）分係統是由GPS基準站、GPS監測（cè）站和通信係統組成。基準站將接收到（dào）的衛星差分信息經過光纖實時傳遞到監測站。監測站接收衛星信號及GPS基準站信（xìn）息，進行實時差分後可實時測得站點（diǎn）的三維空間坐標。此結果將送（sòng）到GPS監控中心。監控中（zhōng）心（xīn）對接收機的（de）GPS差分信號結果進行橋梁橋麵、橋塔的位移、轉角計算，提供大橋管理部門進行安全（quán）分析。

GPS監測大橋位移特點（diǎn）：

（1）由於GPS是接收衛星運行定位，所以大橋上各點隻要能接收到（dào）6顆以上GPS衛星及基準（zhǔn）站傳來的GPS差分信號，即可進行GPSRTK差分定位。各監測站之間勿需通視，是相互獨（dú）立的觀測值。

（2）GPS定位受外界大氣影響小，可以在暴風雨（yǔ）中進行監測。

（3）GPS測定位移（yí）自動化程度高。從接收信號，捕捉衛星（xīng），到完成（chéng）RTK差分位移都可（kě）由儀器自動完成。所測三維坐標可自動存入監控中心（xīn）服務器進（jìn）行（háng）大橋安全性分析。

（4）GPS定位速度快、精度高。GPSRTK最快可達10～20Hi速率輸出定位結果，定位精度平麵為10mm，高程為20mm。

當（dāng）然（rán），GPS進行橋梁（liáng）的實時監測也存在著不（bú）足，目前僅能對變形相對較大的位移進行監測，對於小位移還（hái）需進一步提高GPS的定位精度，但不（bú）排除GPS對其他（tā）大型結構的應用前景（jǐng）。

三、橋架空全監（jiān）測的理論研究（jiū）現狀（zhuàng）

傳統檢（jiǎn）測手段可以對橋梁的外觀及某些結構特性進行監測。檢測的結果一般也能部分地反映結構當前（qián）狀態，但是（shì）卻難以（yǐ）全麵（miàn）反映橋（qiáo）梁的（de）健康狀況，尤其（qí）是難以對橋梁的安全儲備以及退化（huà）的途徑作出係統的評估。此（cǐ）外常規的檢測技術也難以發現隱秘構件的損傷。目前得到（dào）普遍認同的一種最有前途的（de）方法就是結合（hé）係統識別，振動理論，振動測試技術，信號采集與（yǔ）分析等跨學（xué）科技術的實驗模態分析法。