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造價高昂，結構龐大的工程，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ā⒔?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。“對于一般橋梁累積損傷的監(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)嚴重的累積損傷。在計算機技術高度發(fā)展的今天，橋梁工程領域開始考慮利用一些能夠在不封橋的情況下使用的技術來觀察累積損傷，于是橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)應運而生。能夠識別累積損傷的結構健康監(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，在特大橋上安裝結構健康監(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。負責健康監(jiān)測系統(tǒng)項目的黃工說：“在當時，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)測可能損傷結構的異常荷載，如特大風荷載、超重車等等；長期實時監(jiān)測結構的過大反應（過大的位移、應變等），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)橋梁結構的損傷，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構損傷識別的方法等。

    同時，橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容應該包括如下幾個方面：以風速儀、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。

    在對上述需求和特點進行分析和設計后，團隊開始了系統(tǒng)的設計和研發(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、分析設備，能實時顯示橋梁當前的變形、應力和模態(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座橋梁安裝了結構監(jiān)測系統(tǒng)。香港有3座大跨橋上安裝了價格昂貴的“風與結構健康監(jiān)測系統(tǒng)”，具有初步的損傷識別能力，且該系統(tǒng)應用得非常成功，在7年的應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計。

湛江海灣大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求和設計

    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。橋塔為預應力鋼筋混凝土結構，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)常有熱帶風暴登陸。最大風速超過36m/s。臺風出現(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個振弦式應力計監(jiān)測主橋應力應變；2個風速儀監(jiān)測風速風向；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)實時提供橋梁當前的健康狀態(tài)，使得預測未來結構危險變化和發(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。其關鍵在于利用最少的傳感器獲得、處理和分析橋梁最關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。