隨著經濟的飛速發展，我國公路橋梁建設取得了令（lìng）人矚目（mù）的巨大成就（jiù）。但是由於外（wài）界（jiè）環境等因素的（de）影響，橋梁結構不可避（bì）免地出現損傷（shāng）積累和抗力衰減。如何及時、準確地掌握（wò）橋梁的健康狀況，越來越引起人們的（de）關注。橋梁結構健康監測的（de）作用是（shì）通過對橋梁（liáng）結構狀態的監測與評估（gū），為橋（qiáo）梁在特（tè）殊氣候、特殊交通條件下或運（yùn）營狀況嚴重異常時觸發（fā）預警信號，分析評（píng）估橋梁的（de）使用壽命，並為橋梁的養護、維修與管理（lǐ）決策提供科學的依據。
關鍵詞 橋梁；健康（kāng）監（jiān）測（cè）；傳（chuán）感器（qì）；應用
當（dāng）前，我國（guó）公路橋梁數量已達到世界前列，在取得公路橋梁建設輝煌成績的同時，由於橋梁形式各異，結構不一，服（fú）役（yì）時間不同，給橋梁養護帶來很大難度。加快橋梁結（jié）構健康監測係統建設，隨時掌握橋梁（liáng）技術狀況，能夠有效保障橋梁的使用安全。
1 橋（qiáo）梁（liáng）結構健康監測係統概述
1.1 結構體係
橋（qiáo）梁結（jié）構健康監測係統主要由傳感器係（xì）統（tǒng）、數（shù）據采集係統、數（shù）據傳輸係統、數據（jù）處理與管理係統、安全評估係統、信息顯示係統組成。
根據每（měi）座橋梁自身（shēn）結構特點（diǎn），分析結（jié）構受力特性、傳力（lì）途徑、薄弱環節、重（chóng）點（diǎn）結（jié）構部位和（hé）關鍵控製點等。按照測點的分布區域進行健康監測係統的結構體（tǐ）係（xì）設置（zhì）。
1.2 橋梁結構健康監測係統要實現的目標
1）獲取結構特征信息，實時掌握橋梁結（jié）構的健康狀態。2）監測橋梁結構的整體性能和關鍵部位的局部損傷，為（wéi）結構維修提供依據。
3）評價橋梁承受動、靜載的能力和結構可靠性，為運營（yíng）決策和管理提（tí）供依據。

4）驗證橋梁設計理論與方法，為修（xiū）正類似橋梁（liáng）設計理（lǐ）論與方法（fǎ）和修訂規範（fàn）提供（gòng）依據。
2 橋梁（liáng）結構健康監測係統的建設
橋梁結構健康監測係統建設包括監測內容與測點布設的確定，傳感器及其通信網絡的優化布設等。
監測係統包括實（shí）時（shí）監測和定期檢測兩大項工（gōng）作內容。
實時（shí）監測內容。橋梁工作環境監測包（bāo）括：環境溫度、濕度、風力、風向、風速、日照等。橋梁運（yùn）營情況的（de）監測包括（kuò）：通行車輛車型、車輛荷載，行車速度等。橋梁結構性能的監測包括：梁（拱）端部的位移（yí）（縱（zòng）橋向與橫橋向（xiàng））、梁（拱）跨中豎向位移（撓度（dù）），橋梁結構各類受力構件的應力狀態等，橋梁結構的振動特性。
在對（duì）橋梁多種物理、力學（xué）量進行實時、定期監測時，綜合考慮橋梁（liáng）健康監測係統（tǒng）和養護管理（lǐ）係統的特點（diǎn），發揮二者不同場合中的優點，能夠真（zhēn）正做到健康監測服務於橋梁的養護（hù）管理。
3 應用實例
某公（gōng）鐵（tiě）立交橋橋是上跨京廣鐵（tiě）路的一座重要橋梁（liáng），1997年建成通車，全長670 m，主跨30 m，其他各跨20 m，為簡支預應力混凝土空心板梁橋，下部結構采用柱式墩，蓋梁上設板式橡膠製作。2007年4月，一輛二百多（duō）噸的重載車輛夜間（jiān）通（tōng）行時，造成該橋（qiáo）主跨相接的兩跨個別空心板斷裂，交通中斷。隨後公路部門迅（xùn）速搶修，恢複通車。然而幾個月後，2007年12月該橋主跨橋（qiáo）麵又出現了數條縱向裂縫，橋麵向下撓曲變形明顯，在兩端的支座處，也出（chū）現明顯的橫（héng）橋向裂縫；而且板縫間混凝土脫落，造成整橋橋間橫向（xiàng）連（lián）接不足，形成單板受力，進而破壞了橋（qiáo）麵鋪裝層，板縫間滲水嚴重，板底有白色析出物，堿化現象明顯（xiǎn）。
公路部門在對該橋限製通行的同時（shí），對該橋進行結構健康監測和承載能力檢測。主要依靠動態法測試和承載（zǎi）力計算分析方法進行，通（tōng）過測量橋梁結構固有模態參數來（lái）反（fǎn）映結構構件的損傷狀況及（jí）整體性指標。
3.1 監測項目
1）利用有限元程序分析空心板梁結構（gòu）的動（dòng）力特性（自振頻率、阻尼比（bǐ）、振（zhèn）型等）。2）測定脈動荷載作用下橋梁結構的動力特性（自振頻率、阻尼比、振型等），以檢驗空心板的現有強度和剛度。3）評估空心板結構實際達到（dào）的工（gōng）作性能，為後續的加固和改建決策提供科學
依據。
3.2 實施步驟
1）借助有限元程序分析空心板梁（liáng）結構的動力特性。2）現場實測空（kōng）心板梁結構的（de）動力性能，包括控製截（jié）麵（跨（kuà）中及（jí）1/4跨）的振動（dòng）時程曲線（xiàn）。3）對空心板結（jié）構的實際工作性能（néng）進行客觀的評價。
3.3 主（zhǔ）要儀器設（shè）備
動測法所用（yòng）主要設備是一套動態數據采集、放大和（hé）分析係統，配合拾振（zhèn）器工作。
3.4 測點布置
主要通過在橋梁頂麵（miàn）布設拾振器，主要包括：跨中、1/4跨及3/4跨截麵，測出結構振動參數，並繪製主要界麵的位移和（hé）加速度時程曲線（xiàn）。
3.5 測定方法
通過對橋梁實時監測，測定橋梁動力特性，並據此對橋梁（liáng）承（chéng）載力狀況和運營狀（zhuàng）況進行判斷。該橋的動力特性試主要測試其固有頻率，通過測量第一階段（duàn）自振頻率fm1，並與新（xīn）建初期測得的第一階自振頻率或理（lǐ）論計算頻率fd1相（xiàng）比，從而（ér）判斷橋梁所處的技術狀態。主要監測結構的加速度信號，測試時每個測點分別采樣，采樣頻率（lǜ）200 Hz。每次采（cǎi）集（jí）記錄時間不少於30 s，各拾振器用橡（xiàng）皮泥固（gù）定（dìng）在結構上。
3.6 頻率計算結果（guǒ）
本橋結構為簡支空心板橋，橋（qiáo）麵連續，邊界條件分別（bié）采用三種彈（dàn）簧模擬，根據板式橡膠支座（zuò）的特點，豎向彈簧剛（gāng）度K1取1.7×106 kN/m，水平彈簧剛度K3取5 000 kN/m，橋麵連續處水平彈簧港督K2取無窮大。頻率計（jì）算結果，一階頻率為3.709 Hz。
3.7 頻率識別結果與計算結果對比分（fèn）析實測結果為3.369 Hz。 ，可知（zhī）空心板的技（jì）術狀況（kuàng）處於橋梁評定標準的四類橋梁，屬較差的狀態。
3.8 主要結論
1）剛度降低的結果表明：在長期運營過程中，由於超（chāo）載車輛的影響，空心板已出現了豎向（xiàng）裂縫，導致截麵有效高度降低所致。加之橋梁已出現了單板受力的不利現象，整體剛度嚴重不足，所（suǒ）以車輛通過時在橋上明顯感覺到強烈振動。2）承載能（néng）力和（hé）變（biàn）形檢算結果表明：在單板受力情況下，現有空心板承載能力不足，當55噸重車超載（zǎi）27 ％時，即達到空心板極（jí）限承載能力。進一步超載的話，會導致空心板的斷裂和坍塌。3）結合承載（zǎi）能（néng）力和變（biàn）形分析、動（dòng）態測（cè）試結果，根據橋梁技術狀況評定標準，判定該橋設計承載（zǎi）能力的安（ān）全度不高、空心板的剛度降低（dī）較多（大於10 ％），出現了嚴重的功能性病害（hài），結構的剛度、穩定性和動力響應不能達到（dào）平時交通安全通行的要求，特別（bié）是行車時震動過大，車輛和行（háng）人有強烈的不安全感（gǎn）。基於上述分析（xī），依據《公（gōng）路橋涵養護規範》（JTG H11-2004）關（guān）於橋梁技術狀況（kuàng）的評定原則，該橋的技術狀況評定為四類，需進行改建（jiàn）或者加固處理（lǐ）。
4 結束語
建立橋梁結（jié）構健康監測係統能對（duì）運營階段的橋梁受力狀態及所受荷載和工作環境進行（háng）實時監測，並利用監測得到的數據分析結（jié）構的健康監測狀況，評價橋梁結構承受靜、動態（tài）荷載的（de）能力和結構（gòu）的安全可靠性，為（wéi）橋梁的日常維（wéi）護和運營管理提供科學依據。
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