湛江海湾大桥分布式健康监测系统
2015-04-21
1 前言
随着大跨度桥梁设计理论和施工技术的发展，近50年来建造了许多大型桥梁。为了确保这些庞然大物的安全需要开发安装长期的健康监测系统。典型的例子包括Commodore Barry桥监测系统（美国）、金岛大桥监测系统（韩国）、明石海峡大桥检测系统（日本）、Alamillo桥监测系统（西班牙）、Hummer桥监测系统（英国）等等。在这些长期监测系统中，设计最完善的要数香港青马大桥的风和结构健康监测系统（WASHMS）。该系统由近350个传感器及相关元件组成，包括最新的GPS定位系统。然而，当前的健康监测系统缺乏能够提供可靠的桥梁状态诊断信息的技术。多数系统仅能够从传感器收集数据并做简单的数据树立。数据分析和评估工作还得由技术专家借助各种独立的分析工具来进行。对于一个象WASHMS这样的实时监测系统，每天按高采样频率（例如100Hz）收集到的海量数据将使工程师的电脑不堪重负，分析评估非常困难而且效果不好。
本文介绍了湛江海湾大桥健康监测系统的开发。湛江海湾大桥位于广东省西南部。它跨越雷州半岛麻斜海湾连接湛江市赤坎区和坡头区。该桥具有如下不利条件：高地震烈度（7度）、高风速、厚粘土层覆盖海床、高腐蚀性的海水、雷暴频繁、高温、高湿度等。所有这些不利条件在设计中都考虑到了。但是，作为一个国家生命线的工程，它建成后的安全将更为重要。因此，很有必要监测该桥施工和营运期间的实时健康状态。该桥健康监测系统的设计指导原则为：简洁、实用、可靠及廉价。基于世界各地既有桥梁监测系统的经验，该系统被设计为利用最少的传感器和数据分析结构最关键部位的实时静态和动态参数。该系统在大桥设计阶段即开始了研究，并实现了和大桥的施工同步安装，同步建成。
2 大桥健康监测内容
湛江海湾大桥（图1）是一座双塔双索面混合梁斜拉桥，主跨480m，总长3981m。主桥边跨60m箱梁为混凝土箱梁，在辅助墩处与钢箱梁连接。桥塔为预应力钢筋混凝土结构，塔从承台顶高155.1m、从桥面高113.8m。桥塔是圆弧曲线的A型桥塔。湛江麻斜海湾位于广东省西部和雷州半岛东北部，面向南海。夏秋两季经常有热带风暴登陆。最大风速超过36m/s。台风出现在5~11月，尤其是7~9月。根据过去的记录，每年台风登陆几率为46%。
