力学所  吴永礼 

　　 一、大型桥梁结构 

　　斜拉桥(图1)和悬索桥(图2)是典型的大型桥梁结构。它们的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化、荷载的长期效应、疲劳效应和突变效应等因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下将引发灾难性的突发事故。另外目前大型桥梁设计理论的不完善以及施工技术及质量问题，也可能导致桥梁事故的发生。尽管很早以来人们就开始意识到桥梁健康监测在预防桥梁突发事故上的重要性，但由于健康监测技术的不足，仍发生了很多惨痛的桥梁工事故。 

 

图1 斜拉桥 

 

图2 悬索桥 

　　二、桥梁垮塌事故 

　　2001年3月，葡萄牙里斯本一座桥梁垮塌，造成一辆观光车坠入河中，50多人死亡； 

　　2001年9月，美国得克萨斯州发生船撞桥事故，失控拖轮撞入桥梁支座，桥梁垮塌，数量汽车坠入水中，8人死亡； 

　　2002年5月，美国俄克拉何马州阿肯色河上的一座桥梁垮塌，14人死亡； 

　　2003年5月，美国内布拉斯加州西部州际公路上的一辆卡车拖车撞上桥梁支座，桥梁垮塌，司机死亡； 

　　2004年6月辽宁盘锦市境内辽河大桥中孔突然倒塌； 

　　2005年11月，西班牙南部一座正在建设中的高速公路桥垮塌，6人死亡； 

　　2006年9月，加拿大魁北克一座桥梁垮塌，5人死亡； 

　　2007年7月31日，美国加利福尼亚州奥罗维尔高速路桥垮塌，一辆运货卡车损毁，一名建筑工人从15米处跌落摔成重伤。  

　　三、健康监测的必要性 

　　大型桥梁是国家或地区的交通命脉，它耗资巨大，一旦发生桥梁坍塌事故，将造成重大的人身伤亡和巨大的经济损伤，并且带来恶劣的社会影响。为了及时掌握大型桥梁的性能退化，防止突发性的坍塌事故的发生，应用科学的方法对大型桥梁进行健康监测是极为必要的，目前这一点已逐渐得到了学术界、工程界以及政府部门的广泛认同。  

　　四、对既有桥梁进行监测与评估 

　　对既有桥梁进行监测与评估已经引起世界性的关注。自80年代起，在一些工业发达国家，桥梁工程的重点已经逐步转移到既有桥梁的养护维修、鉴定评估和加固改造方面，并已取得长足发展。1980年，英国工程师协会(ISE)发表了《既有结构的评估》;1981年，经济合作与发展组织(OECD)召开了《关于道路桥梁维修管理国际会议》;1990、1993和1996年，在英国召开了三次国际桥梁管理会议。  

　　在工程实践方面，美国、英国、加拿大等国家先后颁布了基于结构可靠性理论和设计规范的桥梁评估规范或文件。近年来，我国也在积极开展桥梁评估方面的研究工作，逐步积累了资料和经验;公路桥梁界已颁布了基于设计规范的桥梁承载能力的鉴定文件。  

　　五、桥梁健康监测系统 

　　国内外从80年代中后期开始建立各种规模的桥梁健康监测系统。 

　　英国。在总长522米的三跨变高度连续钢箱梁桥Foyfe桥上布设传感器，监测大桥运营阶段在车辆与风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，同时监测环境风和结构温度场。该系统是最早安装且较为完整的监测系统之一，它实现了实时监测、实时分析和数据网络共享。  

　　希腊。希腊的Halkis桥，主跨215米，高40米，于1994年安装了监测系统。在全桥700米范围内安装了加速度传感器系统，其中包括了3个SSA-23中心固态加速度记录仪、36个FBA-11加速度计及4个FBA-23加速度计。3个SSA-23系统互相连接以提供通常的触发、采样和分时控制。一个GPS接收机为整个系统提供精确到10毫秒的时间。操作者与该系统的远距离通信通过网络实现，当特殊事件发生时，系统可通过拨号网络自动唤醒操作者的计算机，以对紧急情况进行处理。  

　　泰国。曼谷的RamaIX桥于1995年安装了结构整体性与安全性在线警报系统。系统包括12通道加速度计和3通道风的测量，1通道温度的测量。系统与5英里外的公路管理部门连接。计算机显示桥梁的彩色图形和所有传感器状态，当超过警戒值时，系统会以声音和图像方式对桥梁管理人员发出警报。  

　　美国。佛罗里达的Sunshineskyway桥上安装的监测设备，用来测量在桥梁建设过程中和建成后桥梁的温度、应变和位移，同时通过近距离和远距离两种方式采集监测数据，通过分析测量数据得出结构及材料特性随时间的变化状况。  

　　威斯康辛州一座已有65年历史的提升式桥(MichiganStreetBridge)，在桥上安装了世界上第一套全桥远程监测系统，以监测已将达到设计寿命的该桥梁裂缝扩展情况和其他桥梁状态的变化。系统对桥梁进行监测并提醒管理者潜在的问题。桥上的传感器连接到现场计算机，然后连接到桥梁养护办公室的主机上，主机与电话线连接以便能远程访问。  

　　建立健康监测系统的典型桥梁还有: 

　　美国主跨440米的sunshine Skyway Briage斜拉桥； 

　　丹麦主跨1624米的great Belt East悬索桥； 

　　英国主跨194米的Flint shire独塔斜拉桥； 

　　加拿大的Confederation Bridge桥。  

　　中国建立健康监测系统的典型桥梁： 

　　我国自90年代起也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的结构监测系统，如香港的青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥；上海徐浦大桥；江阴长江大桥以及东海大桥、苏通大桥等。 

　　世界十大悬索桥中就有5座属于中国。