桥梁在线监测

桥梁在线监测

作为交通系统的组成部分，桥梁在人类文明的发展和演化中起到了重要作用。我国现有公路桥5000余座，总长130万公里，1/3以上的桥梁都存在结构性缺陷、不同程度的损伤和功能性失效的隐患。近年来，我国陆续出现了多次重大桥梁事故。这些发生的事故与很多因素有关，但是缺乏有效的监测措施和必要的维修、养护措施是重要的原因之一。传统的桥梁检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，往往对桥梁特别是大型桥梁的状况缺乏全面的把握和了解，信息得不到及时反馈。如果对桥梁的病害估计不足，就很可能失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，缩短桥梁的服务寿命。常用桥梁健康监测内容如下表：

监测内容

监测设备

监测内容

监测设备

应力应变

应变计

桥塔位移

北斗GNSS

桥墩倾斜

测斜仪

索力

加速度计

沉降及挠度

静力水准仪

风速风向

风速风向仪

振动

振动传感器

温湿度

温湿度计

伸缩缝/裂缝

裂缝计

视频监控

摄像机

如果桥墩的沉降过大，尤其是地质条件相差较大时影响较为显著，会导致桥面产生偏位，造成受力不均，导致桥梁的失稳。在运营期间通过监测了解桥墩稳定性；梁体挠度测量是桥梁检测的重要组成部分，是其安全性评价的一项重要指标。桥梁的挠度与桥梁的承载能力及抵御动荷载的能力有密切关系，桥梁受到承载车辆、行人及索拉的共同作用，受力复杂，为受弯结构，故有必要对桥墩沉降和梁体挠度进行监测。桥墩沉降及挠度监测通常选用静力水准仪。

桥墩作为桥梁的承重结构，其倾斜过大将造成桥面伸缩缝扩大、支座变形等，严重时影响桥梁整体构件的受力形式及使用寿命。对于高墩由于墩身高，重心高等，施工精度要求较高。桥墩的倾斜在一定程度上也反映设计参数是否合理，施工工艺是否符合要求。通过对桥墩倾斜监测，反映出桥梁的健康状态，了解桥墩的变形情况，及时预警，验证设计参数及施工工艺是否合理。桥墩倾斜监测采用盒式固定测斜仪。

桥塔作为斜拉桥的重要承重结构，主梁恒荷载、活荷载均通过对称布置在左右两侧斜拉索传递到桥塔，其受力主要为竖直向下的力，并把竖向力传递给桥墩，桥塔也是施工中的重点工程。通过对桥塔顶点三维空间位置的变化进行监测，了解桥塔的位移情况和结构的稳定性，使受力分析更合理等，也可验证桥梁设计及施工工艺是否合理。桥塔位移监测采用GNSS进行监测。

桥梁结构的应力监测是通过对应变监测间接实现，主要监测桥梁结构关键截面的受力情况，以了解结构的长期或瞬态的受力情况。对于各桥梁监测段，受自重以及其他荷载的作用，会产生一定的应变，而应变是应力的间接反映。大桥桥面受荷载的影响大，因此对桥面有代表性断面的应力进行监测，可以了解作为主要承力构件的受力状态，及时诊断桥梁的病害，对桥梁结构进行疲劳分析十分必要。桥体作为主要承力结构，受力是非常重要的，必须加强应变的监测。结构应变采用表面应变计。

为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝；桥梁在运营过程中，受各方面因素影响，桥梁可能出现裂缝。为了了解伸缩缝及裂缝现状和掌握其发展情况，应进行裂缝变化的观测，测定桥梁上裂缝分布位置，裂缝的走向、长度、宽度及其变化程度。裂缝监测采用裂缝计进行监测。

斜拉桥所采用的施工方法和安装顺序与成桥后的主梁线形及内力状态有密切关系，在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载工况的不断变化，结构内力和变形也随之不断变化。另外，主梁、索塔和拉索之间刚度相差十分悬殊，受拉索垂度、温度变化、风力和日照影响、混凝土收缩徐变等复杂因素干扰等，使力与变形的关系十分复杂，使得设计计算和施工控制更加复杂。斜拉索的张拉及索力的大小对整个斜拉索的受力有很大的影响，因此，除了在施工过程中需对索力监测外，在运营期也需对索力进行监测。索力监测常使用振动法或者磁通量传感器。

桥梁动力特性参数（频率、振型和阻尼等）和振动水平（振动强度和幅值）是桥梁整体安全的标志，桥梁材料强度的退化会引起结构振动特性的改变，例如桥梁结构刚度的降低会引起桥梁自振频率的降低，桥梁局部振型的改变可能预示着结构局部损坏。因此对桥梁动力特性及振动水平的监测能够起到整体上对桥梁结构健康状态监测的目的。桥梁振动监测使用振动传感器。

桥梁结构所处的气候环境，对桥梁结构工作状况有很大的影响，需要对桥梁工作环境进行监测。首先要监测的内容就是温度变化，需要测量外部环境、桥梁自身的温度值，为桥梁设计时温度应力的计算分析提供依据，记录在不同温度下，桥梁变形、应力变化等工作状态的比较和定量分析，完善和验证桥梁设计理论。另外，需要对桥梁工作环境中的空气湿度进行监测，因其是影响混凝土结构碳化和钢筋腐蚀的重要因素，是对桥梁进行耐久性评价不可缺少的数据资料。环境温湿度监测采用温湿度传感器。

成桥后风荷载是桥梁结构的主要动力荷载之一。在风荷载作用下，桥梁的主要构梁将产生振动，引起疲劳损伤累积，导致桥梁抗力衰减，尤其是义阳大桥为斜拉索结构，斜拉索受到风力作用产生额外荷载。通过监测风速、风向，统计最大风速值，可以得出结构的风与结构响应关系，了解桥梁受风动力荷载的情况。主要为施工和运营期的监测。风速风向的监测采用风速风向仪。