湛江海灣大橋分布式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
2015-04-21
1 前言
隨著大跨度橋梁設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的發(fā)展，近50年來(lái)建造了許多大型橋梁。為了確保這些龐然大物的安全需要開(kāi)發(fā)安裝長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。典型的例子包括Commodore Barry橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（美國(guó)）、金島大橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（韓國(guó)）、明石海峽大橋檢測(cè)系統(tǒng)（日本）、Alamillo橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（西班牙）、Hummer橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（英國(guó)）等等。在這些長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)最完善的要數(shù)香港青馬大橋的風(fēng)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（WASHMS）。該系統(tǒng)由近350個(gè)傳感器及相關(guān)元件組成，包括最新的GPS定位系統(tǒng)。然而，當(dāng)前的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺乏能夠提供可靠的橋梁狀態(tài)診斷信息的技術(shù)。多數(shù)系統(tǒng)僅能夠從傳感器收集數(shù)據(jù)并做簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)樹(shù)立。數(shù)據(jù)分析和評(píng)估工作還得由技術(shù)專(zhuān)家借助各種獨(dú)立的分析工具來(lái)進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)象WASHMS這樣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每天按高采樣頻率（例如100Hz）收集到的海量數(shù)據(jù)將使工程師的電腦不堪重負(fù)，分析評(píng)估非常困難而且效果不好。
本文介紹了湛江海灣大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。湛江海灣大橋位于廣東省西南部。它跨越雷州半島麻斜海灣連接湛江市赤坎區(qū)和坡頭區(qū)。該橋具有如下不利條件：高地震烈度（7度）、高風(fēng)速、厚粘土層覆蓋海床、高腐蝕性的海水、雷暴頻繁、高溫、高濕度等。所有這些不利條件在設(shè)計(jì)中都考慮到了。但是，作為一個(gè)國(guó)家生命線的工程，它建成后的安全將更為重要。因此，很有必要監(jiān)測(cè)該橋施工和營(yíng)運(yùn)期間的實(shí)時(shí)健康狀態(tài)。該橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則為：簡(jiǎn)潔、實(shí)用、可靠及廉價(jià)?；谑澜绺鞯丶扔袠蛄罕O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為利用最少的傳感器和數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)最關(guān)鍵部位的實(shí)時(shí)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。該系統(tǒng)在大橋設(shè)計(jì)階段即開(kāi)始了研究，并實(shí)現(xiàn)了和大橋的施工同步安裝，同步建成。
2 大橋健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容
湛江海灣大橋（圖1）是一座雙塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨480m，總長(zhǎng)3981m。主橋邊跨60m箱梁為混凝土箱梁，在輔助墩處與鋼箱梁連接。橋塔為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔從承臺(tái)頂高155.1m、從橋面高113.8m。橋塔是圓弧曲線的A型橋塔。湛江麻斜海灣位于廣東省西部和雷州半島東北部，面向南海。夏秋兩季經(jīng)常有熱帶風(fēng)暴登陸。最大風(fēng)速超過(guò)36m/s。臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)在5~11月，尤其是7~9月。根據(jù)過(guò)去的記錄，每年臺(tái)風(fēng)登陸幾率為46%。
