曹文剑

（重庆市市政设计研究院，重庆 400000）

关键字：大跨度斜拉桥；健康监测；对策

0 引言

桥梁的健康问题，一直都是桥梁工程当中十分注重的问题。大跨度斜拉桥梁，具有跨度大，结构形式美观等特点。桥梁健康监测最早起源于1950年代。通过几十年的发展，桥梁健康监测已经逐渐形成为一门专业学科，涉及到桥梁的设计、施工、运行全过程监测，极大的保障了桥梁专业的高速发展。对于传统的桥梁健康监测问题而言，受制于技术设备的限制，桥梁的健康监测存在着许多的缺陷和不足，例如监测精度不够、桥梁损伤判断不够科学等等。本文通过对这些存在的问题一一展开讨论分析，指出相应的改进措施和建议。

1 桥梁健康监测

1.1 桥梁健康监测概念

桥梁的健康监测是指通过相关的监测技术和设备对桥梁的运行状态进行监测，然后通过对监测的桥梁状态数据进行计算分析，判断出桥梁的健康状态，损伤情况。对于大跨度斜拉桥梁的健康监测而言，其主要监测内容就是对斜拉桥的主要结构，如拉索、桥墩等进行整体的无损监测。无损监测就是不破坏桥梁的现有结构，通过在桥梁表面的关键部位布置各种监测传感器对桥梁结构进行实时监控，然后通过监测数据对桥梁的运行状态和损伤的程度、可靠性和耐久性、承载力进行计算评估和分析。

1.2 大跨度斜拉桥梁健康监测内容

大跨度斜拉桥梁的健康监测具有外表观察、几何尺寸的检查、支座检查、斜拉索的应力监测等等内容。详细如下：

(1)桥梁观测的检查：通过直接的视觉观察法对斜拉桥梁的外观进行观察检查。这个环节主要是检查桥梁的外露的混凝土表面是否出现了分化、剥落、破损和裂缝等情况。对出现的混凝土的裂缝进行重点观察测量，通过计算分析判断其裂缝宽度是否能够满足规范要求，同时也需要对裂缝处的钢筋的锈蚀情况展开监测并及时的进行处理；

(2)桥梁几何尺寸的检查：对于桥梁的几何尺寸的检查是指对斜拉桥梁的上部结构的结构尺寸进行测量，记录其尺寸的变化。重点对桥梁的上部伸缩缝的张开度进行监测，时刻关注其变化情况；

(3)斜拉桥梁的受力状态十分的复杂，对其桥梁的截面进行控制监测，时刻关注其截面的变化情况；

(4)对斜拉桥梁的墩台、基础、支座和接头的连接部位的转角、位移以及支座反力进行监测；

(5)对斜拉桥梁的预应力拉索的预应力损失监测；

(6)记录斜拉桥在正常的运营条件下的结构位移、振动等数据；

(7)记录温度(气温和结构温度)、风载参数(风速、风向、风压等)、冰层厚度和水文资料等。

1.3 桥梁健康监测应用情况

桥梁工程发展已经具有数百年的历史，由于以往的桥梁具有结构形式简单，跨度小等特点，人们对其健康监测并没有引起足够的重视。近年来随着桥梁工程的发展，大跨度斜拉桥梁逐渐成为大型桥梁的首选桥型。近年来，由于斜拉桥梁的健康监测的缺失带来了大量的斜拉桥的病害突发，造成了许多的经济损失。因此，桥梁的健康监测越来越受到世界各国的重视。目前，桥梁的健康监测无论是监测方法还是健康监测体系都逐渐发展成熟起来，取得了巨大的成就，受到世界各国的广泛的认可。

2 大跨度斜拉桥梁健康监测的重要性

对于大跨度的斜拉桥梁而言，其具有体型轻柔，结构形式简单等特点。目前斜拉桥梁正在朝着结构形式复杂化的方向发展，这也就造成了斜拉桥梁的施工越来越复杂。因此，大跨度的斜拉桥梁的运营状态的监控具有非常重要的作用和意义。对于大跨度的斜拉桥梁的监控而言，其需要贯穿于整个桥梁设计、施工、运行状态。因为斜拉桥梁的建设是一个十分漫长复杂的过程，在整个建设期间需要经历多次的结构体系的转换。在这些转换的过程当中，桥梁的结构很容易在外界的影响下发生结构变形，大大的降低桥梁的结构安全性。另外一个方面，斜拉桥具有较为复杂的施工工艺和方法，对施工过程的监控量测具有较高的要求。例如，如果在主梁施工时采用的施工工艺不当，就会造成桥梁主梁内力分布不均，产生应力集中，这样就会大大的加快桥梁的老化速度，降低桥梁的使用寿命。严重时甚至会造成严重的施工安全事故；除了桥梁的施工阶段需要进行桥梁的状态监测外，桥梁的运营阶段也需要进行桥梁的健康监测。因为桥梁的正常运营环境非常的复杂，在外界环境和车辆荷载等因素的影响下非常容易出现桥梁的病害，降低桥梁的力学性能和安全性能。

因此，为了保障大跨度斜拉桥梁在施工和运行阶段的安全，必须对大跨度的斜拉桥进行全寿命的健康监测。所谓的全寿命健康监测是指从大跨度斜拉桥梁的施工、成桥以及运营阶段进行健康的监测。对于大跨度的斜拉桥梁无论是从桥梁的建设、运营的安全管理角度，还是后期维修加固的经济性角度都具有十分必要的现实意义。

3 大跨度斜拉桥健康监测存在的问题及优化措施

随着我国大跨度斜拉桥梁总里程数量不断增加，大跨度斜拉桥梁的健康监测问题越来越受到关注和重视。但是由于我国的大跨度斜拉桥梁的健康监测系统的建设工作起步较晚，其中许多的先进技术还处于试验探索阶段，目前仍然还存在着许多的问题和不足。本文通过查阅相关文献[2-3],总结分析出了斜拉桥梁结构健康诊断方面存在的以下问题和不足：

3.1 现有健康监测系统的数据采集精度不够

对于斜拉桥梁的健康监测，首先就是要对其位移变形等数据进行精确的观察监测。而对于桥梁的位移监测，目前主要采用的是全站仪进行监测。但是目前的全站仪最好的精度只能够达到1mm,测角精度为0.5 秒。而对于桥梁的应变而言，其测量的精度只能够达到3x10-6～5x10-6。这样的数据采集精度却不能够满足大跨度斜拉桥的监测要求。试验研究表明，这样的监测精度会造成拉索的内力的监测结果存在上下约3%的误差，桥梁的振动频率会具有1%的测量误差。可以采用更加先进的监测仪器，同时结合对测量点的布置和计算方法进行优化，来弥补由于测量精度不足带来的监测误差。

3.2 结构损伤识别缺乏系统认识

通过桥梁的监测数据进行计算分析，判断桥梁的结构损伤大至的位置、形式、程度，进而判断桥梁的安全性能。但是对于大跨度的桥梁健康状态的监测数据的分析而言，其所谓的“安全”只是一个相当含糊的概念。这样就造成了目前还没有形成一个结构的损伤识别的系统性认识。对于这一问题，首先需要建立起符合相关规范的健康损伤指标，加强对桥梁的各结构的工作特性之间的相互关系的研究，建立起一个准确的结构损伤的判断标准。

3.3 数据存储和传输问题

对于大跨度的轨道交通斜拉桥梁而言，监测点点位间距较大。各监测点的监测数据的传输，显然只能采用无线传输的方式进行。但是目前的监测数据的如何高效传输和储存还是一个亟待解决的问题。采用更加科学高效的无线传感器网络通信节点协议，对数据进行分类储存管理是解决这个问题的关键措施。

4 结束语

对于大跨度轨道斜拉桥的健康监测，需要建立起桥梁的全寿命的健康监测系统。本文通过对斜拉桥梁的健康监测的概念和应用情况进行分析，指出了目前存在着一些问题和不足，提出了一些个人的意见和改进措施。为提高我国的斜拉桥梁的健康监测行业的发展提供一些参考性意见。