造價高昂，結構龐大的工程，如大跨橋，一旦倒塌，將長期影響大範圍地區（半個省甚（shèn）至（zhì）幾個省）的交通、經濟和社會生活（huó），因此必須不惜一切代價來（lái）保證其（qí）安全。橋梁經（jīng）受日曬雨淋，承受疲（pí）勞荷載，必（bì）然（rán）會有緩慢發展的累積（jī）損傷，累積損傷發（fā）展到一定程度，就會（huì）引發安全事故。“對於一般橋梁累積損傷的監（jiān）測，主要依靠一套周密的、在正常交通情況下的人工檢查製度來發現並觀（guān）測累積損傷的發生、發展。但對特大（dà）橋，一次全橋的詳細人工檢查周期太長（需要幾年時（shí）間），難以跟上損傷發生、發展的速度，也就難以及時發現嚴重的累積損傷。在計算機（jī）技術（shù）高（gāo）度發展的（de）今天，橋梁工程領（lǐng）域開始考慮利用一些能夠在不封橋的情況下使用的技（jì）術來觀察累積損傷，於是橋梁結構健康監測係統應運（yùn）而生。能夠識別累積損傷的結構健康監（jiān）測係統是十分昂貴的。但特（tè）大橋造價高昂，如青馬大橋造價為72億港幣，虎門大橋為27億元，江陰大橋為33.7億元，再（zài）貴的監測（cè）係（xì）統價格也隻占大橋自身（shēn）造價的很小比例。因此，在特大橋上安裝結構健（jiàn）康監（jiān）測（cè）係統是有必要的。

監測係統的發展

    基於上述特點，準備建立自己的橋梁健（jiàn）康監測係統的公司越來越多，橋梁健康監測係（xì）統也越來越受到各個管養（yǎng）單位的重視，基於這種工程實際和現狀，科研技術人員以及團隊在2004年就開始研發橋梁健康監測（cè）係統，已滿（mǎn）足橋梁監測的（de）需要。負（fù）責健康監測係統項目的黃工說：“在當時，我們就係統的功能和需求訪問了許多的橋梁管養單位和檢測單位，做了大量深入和細（xì）致的工作，最終確定（dìng）了健康監測係統的模型和功能。”基於（yú）橋梁健康監測係統的監測要求（qiú），必須要求該係（xì）統能夠做到長期實時監測可能損傷結構的（de）異常荷載，如特大風荷載、超（chāo）重車等等；長期實時監測結構的過大反應（yīng）（過大的位移、應變等），以便向橋梁管理部門及時報警；協（xié）助人工檢查（chá），更快地發現橋梁結構的損傷，特（tè）別是累積損傷；提供足尺（chǐ）試驗條件以便（biàn）研究和改進橋梁結構損傷識別的方法等。

    同時，橋梁結構健康監測係統的監（jiān）測（cè）內容應該包（bāo）括如下幾個方麵：以（yǐ）風速儀、溫度計、動態（tài）地秤、強震（zhèn）儀等儀器監測橋梁所承受的荷載；用攝像機、陽極梯等儀器記錄橋梁（liáng）狀態；采用位移計、傾角儀、GPS、應變儀和加速度計等傳感器觀測橋梁各個部位的變形和加速度（dù）等反（fǎn）應。

    在對上（shàng）述需求和特點進行分析和設計後，團隊開始了係統的設（shè）計和研發工作，在2006年底，我們完（wán）成（chéng）了橋梁健康監測（cè）係（xì）統的開發工（gōng）作，正（zhèng）式投入正（zhèng）常運行，目前該係統已經成功在湛江海（hǎi）灣大橋和南寧葫蘆鼎大橋運行。當橋梁健康監測（cè）係統開發完（wán）成後，許多橋梁（liáng）管養（yǎng）單位紛紛（fēn）致電黃（huáng）工谘詢該係（xì）統功能，黃工表示（shì），該（gāi）係統目前已經非常成熟（shú）和穩定，可以滿足任何惡劣情況下（xià）使用（yòng）。鑒於目前（qián）谘詢橋梁管（guǎn）養以及培（péi）訓的單位比（bǐ）較多（duō），除了通（tōng）過電話聯係外，可以（yǐ）通過公眾（zhòng）號留言谘詢。經專家講評，在（zài）各種橋（qiáo）梁（liáng）建設中（zhōng），特大橋的造價高昂，但長久以來，對其進行監測隻是依靠人工檢查（chá），周期太長，且不能及時發現橋梁的累積損傷（shāng）。因（yīn）此，探索和發現一種（zhǒng）能（néng）夠對特大（dà）橋（qiáo）進行實時監測的係統非常必要。

    目前國內外一些橋（qiáo）梁安放了成套傳感器和記錄傳輸、分析設備，能實時（shí）顯示橋梁當前的變形、應力和（hé）模態，以便進行損傷識別，有的係統已經（jīng）觀測了十多年。如日本（běn）的明石海峽（xiá）大橋等幾座懸索（suǒ）橋；挪威也有5座橋梁安裝了結構監測（cè）係統。香港有3座大跨橋上安裝了價（jià）格昂貴的“風（fēng）與結構健康監測係（xì）統”，具有初步的損傷識別能力，且該係統應用得非常成功，在7年（nián）的應用中為研究人員提供了大量的、多方麵的監測報告，其（qí）成果已直（zhí）接用於香港更大的兩座橋梁――青龍橋和昂船洲橋的設計。

湛江海灣大橋健（jiàn）康監測係（xì）統的（de）功能需求和設（shè）計

    湛江海灣大橋是一座雙塔雙索麵混合梁斜（xié）拉橋，主（zhǔ）跨480m，總長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）應力鋼筋混凝土結構（gòu），塔從承台頂高155.1m、從橋麵高113.8m。橋塔是圓弧曲線的A型橋塔。湛江麻斜海灣位於廣東省西部和雷州半島東北部，麵向南海。夏秋兩季經常有熱帶（dài）風暴（bào）登陸。最（zuì）大風速超過36m/s。台風出現在5~11月，尤其是7~9月。根據過去的記（jì）錄，每年台風登陸幾率為46%。 湛江海（hǎi）灣大橋位於兩個（gè）橫向地質斷裂帶中間。橋（qiáo）梁東南方處於南311海康斷層的東北部。但最危險的地震地區主要位於橋梁的東（dōng）北邊和南邊。大地震有可能在這些地區發生。   

   湛（zhàn）江海灣大橋（qiáo）監測係（xì）統（tǒng）根據係統設計（jì）方案（àn），安（ān）裝了16個（gè）EM傳感器來監測斜拉索索力變化；20個溫度傳感器記（jì）錄箱梁溫度梯度；18個振弦式應（yīng）力計監測主橋應力（lì）應變；2個風速儀監測風速風向；3個GPS接收器用於（yú）分析兩（liǎng）個橋塔和（hé）主跨位（wèi）移；振（zhèn）弦式傾（qīng）斜儀用於（yú）分析扭轉和（hé）變形。湛江海（hǎi）灣大橋（qiáo）實時監測係統包括實時數據采集係統和實時數據傳（chuán）輸係統。該係（xì）統實時提供橋梁當前的（de）健康狀態，使得預測未來結構危險（xiǎn）變（biàn）化和發布警告成為可能。該係統還可以建立更（gèng）詳細和完備的健康分析數據庫。其（qí）關鍵在於利用最少的（de）傳感器（qì）獲得、處理和分析橋梁最關（guān）鍵位置（zhì）的實時（shí）靜動力數據。目前運行情況良好，有力的幫助橋（qiáo）梁養護工程師方便地進（jìn）行橋梁（liáng）損（sǔn）傷檢測、分析和評估，起到了巨大和重要（yào）的作用。