橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)若干理論的思考
2015-07-02
1 橋梁健康監(jiān)測新概念�
橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁維護濰修與管理決策提供依據(jù)和指導。為此，監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進行監(jiān)控：�
?。?）橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài)。�
?。?）橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（加支座）和附屬設(shè)施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)。�
（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性。�
（4）大橋所處環(huán)境條件等。�
由于大型橋梁（尤其是斜拉橋、懸索橋）的力學和結(jié)構(gòu)特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計階段完全掌握和預測結(jié)構(gòu)的力學特性和行為是非常困難的。大跨度索交承橋梁的設(shè)計依賴于理論分析并過風洞、振動臺模擬試驗預測橋梁的動力性能并驗證其動力安全性。然而，結(jié)構(gòu)理論分析常基于理想化的有限元離散模型，并且分析時常以很多假定條件為前提。在進行風洞或振動臺試驗時對大橋的風環(huán)境和地面運動的模擬也可能與真實橋位的環(huán)境不全相符。因此，通過橋梁健康監(jiān)測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力行為來驗證大橋的理論模型、計算假定具有重要的意義。
2 健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
2.1 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計準則�
根據(jù)功能要求和成本效益分析可以將監(jiān)測項目和測點數(shù)設(shè)計到所需的范圍，可以最優(yōu)化地選擇并安裝系統(tǒng)硬件設(shè)施。因此，功能要求和效益-成本分析是設(shè)計橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的兩大準則。
2.2 監(jiān)測項目�
不同的功能目標所要求的監(jiān)測項目不盡相同。從目前橋梁工程的發(fā)展狀況看，以下幾方面的問題可以借助橋梁健康監(jiān)測進行深入研究或論證。 �
?。?）抗風方面：包括風場特性觀測、結(jié)構(gòu)在自然風場中的行為以及抗風穩(wěn)定性。�
（2）抗震方面：包括研究各種場地地面運動的空間與時間變化、土-結(jié)構(gòu)相互作用、行波效應(yīng)、多點激勵對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響等。通過對墩頂與墩底應(yīng)變、變形及加速度的監(jiān)測建立恢復力模型對橋梁的抗震分析具有重要的意義。�
?。?）結(jié)構(gòu)整體行為方面：包括研究結(jié)構(gòu)在強風、強地面運動下的非線性特性，橋址處環(huán)境條件變化對結(jié)構(gòu)動力特性、靜力狀態(tài)（內(nèi)力分布、變形）的影響等。這對于發(fā)展基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體性評估方法非常重要。�
?。?）結(jié)構(gòu)局部問題：例如邊界、聯(lián)接條件，鋼梁焊縫疲勞及其他疲勞問題，結(jié)合梁結(jié)合面（包括剪力鍵）的破壞機制，等等。索支承橋梁纜（拉）索和吊桿的振動與減振、局部損傷機制等也值得進一步觀察研究。�
?。?）耐久性問題：橋梁結(jié)構(gòu)中的耐久性問題尚有許多問題須要深入研究。纜（拉）索與吊桿的腐蝕、銹蝕問題尤須重視。
3 橋梁健康監(jiān)測意義�
?。?）監(jiān)控與評估。�
橋梁健康檢測的基本內(nèi)涵是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為工程在特殊氣候、交通條件下或運營狀況嚴重異常時發(fā)出預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導。為此，監(jiān)測系統(tǒng)通常對以下幾個方面進行監(jiān)控：①橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài)；②橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀態(tài)；③結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；④工程所處環(huán)境條件等。�
?。?）設(shè)計驗證。�
由于大型橋梁的力學和結(jié)構(gòu)特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計階段安全掌握和預測其力學特性和行為特性是非常困難的。因此，通過橋梁健康檢測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力行為來檢驗大橋的理論模型和計算假定具有重要意義。不僅對設(shè)計理論和設(shè)計模型有驗證作用，而且有益于新的設(shè)計理論的形成。�
?。?）研究與發(fā)展。�
橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和某種特定橋梁設(shè)計的反思，它還可能并成為橋梁研究的現(xiàn)場實驗室。由于運營中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得信息不僅是理論研究和實驗室調(diào)查的補充，而且可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。
