過去十幾年里，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水平的大跨度橋梁。另外，近年來由于我國交通發(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的大橋的安全耐久性，必須對這些橋梁進行連續(xù)的監(jiān)測。

 

 

目前，橋梁的監(jiān)測越來越受到重視，許多研究人員都在致力于橋梁的監(jiān)測研究，橋梁的安全監(jiān)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。橋梁位移監(jiān)測儀器的現狀

 

 

大跨度橋梁受風荷載、車載、溫度和地震影響較大，而在沿海地區(qū)一般無地震，主要是受臺風、車載、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，必須研究橋梁在上述條件下的實際位移曲線。而目前對風的研究僅局限于理論和模型實驗，對實橋在風作用下的研究還尚不成熟，對車載的研究也只是在特定時間和空間下才進行的。造成以上結果的主要原因，還在于測試儀器的不合理性，其不能對大橋進行連續(xù)實時的監(jiān)測，因此，必須選擇合適的測試儀器才能確保獲取實時、有效的檢測數據。

 

 

監(jiān)測儀器的種類

 

 

當前，用于結構監(jiān)測的儀器主要有經緯儀、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掃描法，可對各個測點進行一周的連續(xù)掃描，但其缺點是各測點不同步，以及大變形時不可測。

 

 

位移傳感器是一種接觸型傳感器，必須與測點相接觸，其缺點是對于難以接近點無法測量，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行兩次積分，其缺點是精度不高及無法實時監(jiān)測；激光法測試雖精度較高，但在橋梁晃動大時，則無法捕捉光點，導致無法測量。

 

 

GPS測試法

 

 

為對橋梁安全監(jiān)測，必須尋找更好的測試方法。目前出現了利用GPS進行測試的新手段，在橋梁高層結構上進行實地測試，這種方法在已國外實測獲得了成功。在國外，GPS測試法也僅限于位移監(jiān)測。由于GPS是接收衛(wèi)星運行定位的，所以大橋上各點只要能接收到6顆以上GPS衛(wèi)星，及基準站傳來的

 

 

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

 橋梁安全監(jiān)測的重要性及其意義分析

 

橋梁安全監(jiān)測的理論研究

 

 

傳統檢測手段可以對橋梁的外觀及某些結構特性進行監(jiān)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(guī)的檢測技術也較難發(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、振動理論、振動測試技術、信號采集與分析等跨學科技術的實驗模態(tài)分析法。

 

 

系統識別技術

 

 

系統參數識別目前普遍采用頻域法和時域法兩種方法。頻域法可以采用多次平均來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：基于振型不偶聯，致使如大跨懸索橋這樣的結構，應用該法會受到限制；需要經過FFT分析，由此卻帶來了偏度誤差對參數識別的影響。時域法是于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信號對系統進行識別的唯一方法。但其也存在一些缺陷：時域法在參數識別時不是截取有效頻段，而使信號中包含的模態(tài)數目比較多，但由于實驗測試環(huán)節(jié)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行調整或修正，使得修正后的模態(tài)參數與實驗相一致，這一過程就是有限元模型修正。精確的有限元建模是大型橋梁風震響應預測的重要前提；也是結構安全監(jiān)測、損傷檢測以及實現最優(yōu)振動控制的基礎。但是，盡管有限元法得到了高度的發(fā)展，實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。模型修正法在橋梁監(jiān)測中主要用于記錄實驗結構的振動反應，并與原先的模型計算結果進行綜合比較，利用直接或間接測知的模態(tài)參數，記錄加速度時程，頻響函數等，通過條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度和質量信息，從而得到結構變化的信息，實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力特性有關的動力指紋，通過這些指紋的變化來判斷結構的真實狀況。

 

 

大量的模型和實際結構實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％以內，而在對橋梁的長期觀測后發(fā)現，在一年期間里橋梁即使沒有任何明顯的變化，其振動頻率的變化也可達10％。因此，一般認為自振頻率不能直接用來作為橋梁監(jiān)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)的評價缺乏統一有效的指標。

 橋梁安全監(jiān)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，必須對其進行連續(xù)實時監(jiān)測；GPS測試法同其他幾種位移監(jiān)測儀器相比具有明顯的優(yōu)點，可用其對大跨度橋梁做連續(xù)實時監(jiān)測，但還應進一步提高其監(jiān)測精度，以擴展其應用范圍；在系統識別方面，應積極進行結合時頻的系統識別研究；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)的評價缺乏統一有效的指標，應結合實驗測試和有限元建模研究適合于大跨橋梁的指紋指標。