過(guò)去十幾年里，我國已建成一批大跨度橋梁，僅上海就有南浦大橋、楊浦大橋、徐浦大橋等多座具有世界先進(jìn)水平的大跨度橋梁。另外，近年來(lái)由于我國交通發(fā)展迅速，迫切地需要建立一大批大跨度橋梁。為確保這些耗資巨大，與國計民生密切相關(guān)的大橋的安全耐久性，必須對這些橋梁進(jìn)行連續的監測。

 

 

目前，橋梁的監測越來(lái)越受到重視，許多研究人員都在致力于橋梁的監測研究，橋梁的安全監測正日益成為土木工程學(xué)科中的一個(gè)非?；钴S的研究方向。橋梁位移監測儀器的現狀

 

 

大跨度橋梁受風(fēng)荷載、車(chē)載、溫度和地震影響較大，而在沿海地區一般無(wú)地震，主要是受臺風(fēng)、車(chē)載、溫度等的影響。為保證大跨度橋梁在上述條件下的安全運營(yíng)，必須研究橋梁在上述條件下的實(shí)際位移曲線(xiàn)。而目前對風(fēng)的研究?jì)H局限于理論和模型實(shí)驗，對實(shí)橋在風(fēng)作用下的研究還尚不成熟，對車(chē)載的研究也只是在特定時(shí)間和空間下才進(jìn)行的。造成以上結果的主要原因，還在于測試儀器的不合理性，其不能對大橋進(jìn)行連續實(shí)時(shí)的監測，因此，必須選擇合適的測試儀器才能確保獲取實(shí)時(shí)、有效的檢測數據。

 

 

監測儀器的種類(lèi)

 

 

當前，用于結構監測的儀器主要有經(jīng)緯儀、位移傳感器、加速度傳感器，以及激光測試的方法。上海楊浦大橋采用的是全站儀自動(dòng)掃描法，可對各個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行一周的連續掃描，但其缺點(diǎn)是各測點(diǎn)不同步，以及大變形時(shí)不可測。

 

 

位移傳感器是一種接觸型傳感器，必須與測點(diǎn)相接觸，其缺點(diǎn)是對于難以接近點(diǎn)無(wú)法測量，以及對橫向位移測量有困難；加速度傳感器，對于低頻靜態(tài)位移鑒別效果差，為獲得位移必須對它進(jìn)行兩次積分，其缺點(diǎn)是精度不高及無(wú)法實(shí)時(shí)監測；激光法測試雖精度較高，但在橋梁晃動(dòng)大時(shí)，則無(wú)法捕捉光點(diǎn)，導致無(wú)法測量。

 

 

GPS測試法

 

 

為對橋梁安全監測，必須尋找更好的測試方法。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(jìn)行實(shí)地測試，這種方法在已國外實(shí)測獲得了成功。在國外，GPS測試法也僅限于位移監測。由于GPS是接收衛星運行定位的，所以大橋上各點(diǎn)只要能接收到6顆以上GPS衛星，及基準站傳來(lái)的

 

 

GPS差分信號即可進(jìn)行GPSRTK差分定位，且各監測站之間不需要通視，是相互獨立的觀(guān)測值；GPS定位受外界大氣影響小，可以在暴風(fēng)雨中進(jìn)行監測；GPS測定位移自動(dòng)化程度高，從接收信號，捕捉衛星，到完成RTK差分位移都可由儀器自動(dòng)完成，且所測三維坐標可自動(dòng)存入監控中心服務(wù)器，進(jìn)行大橋安全性分析；GPS定位速度快、精度高。

 橋梁安全監測的重要性及其意義分析

 

橋梁安全監測的理論研究

 

 

傳統檢測手段可以對橋梁的外觀(guān)及某些結構特性進(jìn)行監測，檢測結果一般也能部分地反映結構當前狀態(tài)，但卻難以全面反映橋梁的健康狀況，尤其是很難對橋梁的安全儲備以及退化的途徑作出系統的評估。此外，常規的檢測技術(shù)也較難發(fā)現隱秘構件的損傷。目前被普遍認同的方法就是結合系統識別、振動(dòng)理論、振動(dòng)測試技術(shù)、信號采集與分析等跨學(xué)科技術(shù)的實(shí)驗模態(tài)分析法。

 

 

系統識別技術(shù)

 

 

系統參數識別目前普遍采用頻域法和時(shí)域法兩種方法。頻域法可以采用多次平均來(lái)消除隨機誤差對頻響函數的影響，因此該方法的精度能夠有一定的保證，但其也有一定的缺點(diǎn)：基于振型不偶聯(lián)，致使如大跨懸索橋這樣的結構，應用該法會(huì )受到限制；需要經(jīng)過(guò)FFT分析，由此卻帶來(lái)了偏度誤差對參數識別的影響。時(shí)域法是于70年代后期出現的，它的出現彌補了頻域法的不足，從而消除了FFT分析所帶來(lái)的誤差。它還可以從未知隨機激勵的響應信號中得到隨機減量特征，因此成為了能依據在線(xiàn)信號對系統進(jìn)行識別的唯一方法。但其也存在一些缺陷：時(shí)域法在參數識別時(shí)不是截取有效頻段，而使信號中包含的模態(tài)數目比較多，但由于實(shí)驗測試環(huán)節及其他原因，使得其中的一些模態(tài)的信息并未被充分收集，以致只能將這些殘缺的信息看作噪聲。

 

 

結構損傷的檢測與定位對結構理論模型進(jìn)行調整或修正，使得修正后的模態(tài)參數與實(shí)驗相一致，這一過(guò)程就是有限元模型修正。精確的有限元建模是大型橋梁風(fēng)震響應預測的重要前提；也是結構安全監測、損傷檢測以及實(shí)現最優(yōu)振動(dòng)控制的基礎。但是，盡管有限元法得到了高度的發(fā)展，實(shí)際復雜結構的有限元模型仍然是有誤差的，有限元建模為結構飛行提供完整的理論模態(tài)參數集，但這些參數常常與結構模態(tài)實(shí)驗得到的參數不一致。

 

 

結構損傷檢測定位方面，目前可分為模型修正法和指紋分析法兩類(lèi)。模型修正法在橋梁監測中主要用于記錄實(shí)驗結構的振動(dòng)反應，并與原先的模型計算結果進(jìn)行綜合比較，利用直接或間接測知的模態(tài)參數，記錄加速度時(shí)程，頻響函數等，通過(guò)條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度和質(zhì)量信息，從而得到結構變化的信息，實(shí)現結構的損傷判別與定位。指紋分析方法則是指尋找與結構動(dòng)力特性有關(guān)的動(dòng)力指紋，通過(guò)這些指紋的變化來(lái)判斷結構的真實(shí)狀況。

 

 

大量的模型和實(shí)際結構實(shí)驗表明結構損傷導致的固有頻率變化很小，而振型形式變化明顯，一般損傷使結構自振頻率的變化都在5％以?xún)?，而在對橋梁的長(cháng)期觀(guān)測后發(fā)現，在一年期間里橋梁即使沒(méi)有任何明顯的變化，其振動(dòng)頻率的變化也可達10％。因此，一般認為自振頻率不能直接用來(lái)作為橋梁監測的指紋，而振型雖然對局部剛度比較敏感，但精確測量比較困難，對橋缺損狀態(tài)的評價(jià)缺乏統一有效的指標。

 橋梁安全監測的重要性及其意義分析

 

綜上所述，大跨橋梁由于受環(huán)境因素影響較大，安全系數低，必須對其進(jìn)行連續實(shí)時(shí)監測；GPS測試法同其他幾種位移監測儀器相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，可用其對大跨度橋梁做連續實(shí)時(shí)監測，但還應進(jìn)一步提高其監測精度，以擴展其應用范圍；在系統識別方面，應積極進(jìn)行結合時(shí)頻的系統識別研究；在模型修正方面，應在基于敏感性分析的基礎上，研究適合于大跨橋梁的模型修正方法；由于對橋梁缺損狀態(tài)的評價(jià)缺乏統一有效的指標，應結合實(shí)驗測試和有限元建模研究適合于大跨橋梁的指紋指標。