1 概（gài）述
我國交通運輸事（shì）業的飛速發展，為道路和橋梁的建設提供了良好的（de）機遇，建成了不同結構形（xíng）式（shì）的大跨徑懸索橋、斜拉橋、拱橋（qiáo）、連續剛構橋等等，目前在（zài）役（yì）橋梁的總數已達80萬座以上，標誌著我國橋梁技術已進入世界先進行列。然而橋梁所（suǒ）處環境是（shì）比較惡劣，受到許多人為的、天然災害（hài）的（de）影響，以及橋（qiáo）梁（liáng）管（guǎn）理的不足、人力和物力的（de）有限，使橋梁老化、損傷情況較為嚴重。為了適應交通的需求，充分利用（yòng）現有的橋梁，能安全地為社會（huì）服務，就需要對橋梁、特別是對年（nián）久失修的橋梁進行評估，了解橋梁工作（zuò）狀況，並預測（cè）其承載能力。
這包括對橋梁的（de）質量檢測、結構檢算，必要時再進行荷載試驗，總稱為橋梁檢測與評估，目（mù）的是（shì）了（le）解橋梁存在的各種病害，取得關鍵部位的受力的應力（應（yīng）變）、變（biàn）形、位移（yí）或沉降等重（chóng）要數據，經過計算（suàn）分析與（yǔ）研究確定病害的原因，橋梁結構實際承載能力以及剩餘（yú）壽命，為橋梁養護提供依據。通常（cháng）對（duì）橋梁結構（gòu）檢測項目包括：橋麵係的檢測、鋼筋混凝土與預應力混凝土梁（liáng）或（huò）鋼梁的檢測、圬工和鋼筋混凝（níng）土拱及拱上建築的（de）檢測、橋梁支座的檢（jiǎn）測（cè）、橋梁下部結構的檢測、橋梁水文及調治結構的檢測、結構裂縫的（de）檢測等等。橋梁結構檢算是（shì）根據橋梁結（jié）構的相關規範，設計依據或竣（jun4）工資料，也可以根（gēn）據檢測結果對橋梁結構主（zhǔ）要控製截（jié）麵、結構薄弱部（bù）位進行檢算，來評定（dìng）橋梁結構承載能力及其（qí）適用條件。橋梁荷載試驗是對橋梁結構進行直接（jiē）加載測試的一項科學試驗工作，是基於橋梁檢測和結構計算結論，通過對橋梁進行直接荷載試驗，以獲（huò）取實測資料，分析評定橋梁（liáng）承載能力。
2 斜（xié）索（suǒ）索力的（de）檢測
斜拉橋的結構主要由三大部分組成，斜索（suǒ）通過索搭將斜拉橋梁上的恒載和活載傳到墩或台的基礎上。斜索檢測包括（kuò）索力的檢測、錨固區的（de）檢測、索塔塔頂位移的檢測（cè）、主梁標高（gāo）的測量、典型部位日（rì）變化跟蹤（zōng）觀測（cè）等等。斜（xié）索索力的（de）檢測是這類包含柔性構件結構檢測的特點之一，通過準確地測取索力，可以充分（fèn）掌握全橋結構的受力狀態。斜拉橋成橋後索力的檢測方法有：頻率法、磁通量法和光纖光柵法。光纖光柵法所用的（de）傳感器是在（zài）光纖的纖（xiān）芯範圍，采用紫外光對光纖側麵進行曝（pù）光或其它方法寫入（rù），使該段範圍內的折射率沿（yán）光纖（xiān）軸（zhóu）線發（fā）生周期性變化，再通過周期（qī）性變化柵格的反射（shè）波長的移動，來感應外界物理量的變化，這種測量技術的特點是尺寸（cùn）小、線性度高且（qiě）重複性好、抗電磁幹擾和抗腐蝕能力（lì）強（qiáng）、絕對測（cè）量和（hé）響應速度都很快等優（yōu）點。是結（jié）構健康監測（cè）的理想的（de），一種有較（jiào）高的精度的技術。不過目前這種方法（fǎ）並未大範圍推廣應（yīng）用，普（pǔ）及（jí）率，從而價格（gé）太高。
磁通量法是一（yī）種測（cè）定索力、監測（cè）斜索鏽蝕程度的非（fēi）破壞性方法。這種方法的使用是（shì）預先將作為傳感器（qì）的磁通（tōng）環套在斜索上（shàng），通過測定磁通量變化，根據索力（lì）與磁通量之間的關係來推算索力（lì）。磁通量法（fǎ）所用的（de）傳感器材料是電磁是，由兩層線圈組成，因此不會影響索的任何力學和物理（lǐ）特性，除了溫度之外（wài）幾乎不受其他幹擾因素影響，相對別的檢測方（fāng）法精度（dù）較高。缺點是對於沒有預埋傳（chuán）感器的（de）斜索測量是不能應用的。此外傳感器和（hé）測試儀器價格很高，一般大跨度斜拉橋的斜索都有上百根，甚至好（hǎo）幾百根（gēn），若每根索都安裝磁（cí）通量傳感器，成本太大。目前有一種新型的磁通量傳感器，是由兩個半環合（hé）成，檢測索力時可以隨時隨地扣在斜索的外麵進行，這（zhè）就可以大（dà）減（jiǎn）小檢測工作的成（chéng）本。但半環合成磁通量傳感（gǎn）器靈敏度非常低，而且很不穩定，尚處於（yú）研製階段（duàn），沒有實際工程（chéng）價值（zhí）。
頻率法檢測索力是在人工或環境激勵（lì）下，利用加速度傳感器（qì）拾取斜索（suǒ）的隨機振動信號，即時域圖；再通過FFT將（jiāng）時域圖（tú）轉化（huà）為斜索的頻譜圖，確定斜索的（de）各階（jiē）自振頻率；根據索力與自振頻率之間的對應關係到實測的索（suǒ）力。頻率法測量索力是一種間接方法，其（qí）精度取（qǔ）決於高靈敏度拾振技（jì）術以及準確的索力與頻率關係。檢測時將加速度傳感器簡單地固定在斜索（suǒ）上，能同時進行單根或多根索力的檢測。因為不需（xū）要預埋傳感器（qì），不僅適用於施工中的橋梁，也（yě）適用於（yú）成橋檢測和長期監測，尤其（qí）是事先沒有預埋其它傳（chuán）感器的舊橋的檢測，幾乎是唯一（yī）的選擇。不用預埋加速度傳感器，可重複使用，成（chéng）本較低，精度也較好的，因此是當今使用最為廣（guǎng）泛（fàn）的索力檢測手段。 利用振動頻率法求索力，可以確保（bǎo）斜索的安全。因為斜（xié）拉（lā）橋實際的索力隻是斜索極限強度（dù）的40%左右，隻要斜索不發生鏽蝕，錨固區不出現鬆動（dòng）、損傷（shāng）等現象，斜索一般是不會發（fā）生問題的。但若要充（chōng）分了解斜（xié）索的工（gōng）作狀（zhuàng）態，還遠遠不夠。已有的研究工作（zuò）指出，斜索的剛度、垂度（dù）、仰角以及風力、雨雪等因素對自振頻率都有影響，要正確地掌握斜索的索力，還應考（kǎo）慮消除這些因素的影響。
3 索塔塔頂位移（yí）的檢測
斜拉橋所受（shòu）的交通（tōng）荷載、主梁自重及置於橋麵各種設施的重（chóng）量（liàng），都是通過斜索傳遞給索塔（tǎ）的來承擔的。斜拉橋的索塔除了根部與地基剛性固結之外（wài），再無其他約束。索塔的自重的所有的斜索索力則是索塔的荷載。索力的作用是沿索的軸線方向，其水平分力則是使索塔產生水平位移。通常索塔的平衡是利用塔軸（zhóu）線對稱的兩（liǎng）側（cè）索力來維持。由於建築材料的不均勻、施工過程中的誤差等因素，很難保證（zhèng）索塔兩（liǎng）側（cè）索力的完全（quán）對稱，從而造成索塔的偏移。於是索塔塔頂的定位則是確保索塔是否出現了偏移的重要措施（shī）。特別是（shì）考慮到索塔的長細比，盡管索（suǒ）塔具有一定的剛度，但（dàn）仍然是一（yī）個細杆構件。根據結構分析，索塔可（kě）以看作是一懸臂構件，塔的位移是最顯（xiǎn）著的（de）。
斜索索力的變化對索塔水平位移的影響不（bú）能小覷。另外，不論是鋼塔還是混凝土塔，受溫度的影響都是比較大的。國內大部分的氣溫在冬夏之差（chà）、晝夜之差，白天的陰陽麵之差，都會對索塔產生溫度效應。再進一步考慮到風和雨雪的影響，索塔塔頂實際（jì）上在不停（tíng）地擺動。應用目前已有的測量儀器，如全（quán）站儀、GPS等設備，對索塔塔頂位移的檢（jiǎn）測是完全沒有問題的。但是隻有設法消除這些綜（zōng）合因素，測出的塔位移（yí）才是索塔的真實受力狀（zhuàng）態。
已有的研究表明，在實際檢測中可以通過典型時（shí）段，對塔頂進行連續（xù）的跟蹤的測量，同時監測溫度、風力和風向等環境資（zī）料，有條件的話最好（hǎo）還能進行相應斜索的索力檢測，然後歸（guī）納出塔頂位移和這些因素之（zhī）間（jiān）的關係式，最（zuì）終給出索塔（tǎ）塔頂位移真（zhēn）實的檢測值。
4 結構（gòu）營運期間的仿真（zhēn）計算
橋梁結構仿真技術的（de）應用日（rì）臻廣泛，已在橋梁工程中的設計、施（shī）工監控和檢測中必不可少的重要環節。斜拉橋的仿真計算（suàn）是在於建立一個能夠全（quán）麵、正確反映橋梁結構真實性態的完整的有（yǒu）限元仿真模型（xíng），根據斜拉（lā）橋的結構特點（diǎn）和力學特性（xìng），進行計算（suàn）分析，以（yǐ）代替一部分實際的工（gōng）作，減輕一部分實際（jì）工程的工作量。
斜（xié）拉橋仿真模（mó）型建立的過程中，計算模（mó）式和（hé）計算理論的選擇應該能夠準確模擬承載構件的空間位（wèi）置、尺寸、材料特性以及連（lián）接形式和荷載作用等（děng）因素。然後進（jìn）行大規模的全橋（qiáo）結構效應分析計算，得到相對（duì）詳盡、精確和可靠的分析結果。在（zài）建模過程中單元的合理選取和（hé）劃分、邊界條件的正（zhèng）確模擬都是如（rú）實反應橋梁實際狀態的（de）要點。基於有限元仿真模型的結構理論計算（suàn）結構和斜拉橋實際檢測（cè）結果的對比分析，可以相（xiàng）互驗證，找出存在的錯誤，為今後修正更準確地建模提供依據，為以後的檢測（cè）工作提供（gòng）指導作用，以達到（dào）替代一部分的斜拉橋檢測工作的目（mù）的。
結構營運期間的斜（xié）拉（lā）橋仿真計算，除了（le）考慮正確建模之（zhī）外，還應兼顧斜（xié）拉橋的動態因素（sù）。在斜（xié）拉橋正常使用中（zhōng），由於荷載與環境（jìng）因素的（de）作用，主梁標高、索塔位置都不是確定不動的（de），因此在仿真計算時，有限元分析的各單元結點的坐標應根據實際工作狀態而有所（suǒ）調整。另外隨（suí）著時間的流逝（shì），材（cái）料也會逐（zhú）步老化、損傷，分（fèn）析時也（yě）應考慮到材料性能的衰退。諸如此類的原因要求（qiú）仿真計算必（bì）須與（yǔ）實（shí）際檢測結合起來，才能（néng）真正準確地反映斜拉橋的受力狀態。
表1是某斜拉（lā）橋在1997年到2002年5次標高測量的結果。按照動態建模的思路（lù），在這（zhè）五個時間段（duàn）計算的有（yǒu）限元數據中，這17結（jié）點的坐標應該按實際檢測的值代入，才是（shì）橋梁真實的結構尺寸。
除此之外，在（zài）建模過程中應（yīng）考慮的動態參數還有索塔（特別是塔頂（dǐng）的坐標），索力等等。隻有綜合了這些因素，才能（néng）確保仿真分析得（dé）出的結論有實際有意義。
5 研究展望
通過對斜拉橋實際受力狀態的檢測，可以為橋梁使用的安（ān）全可靠及維修加固提（tí）供科學的依據和積（jī）累、必要的技術資料。另外（wài）通過建立斜拉橋的健康檔案數據庫，也能（néng）為進（jìn）一步完善、發展橋梁結構的設計計算理論（lùn）。
隨著科（kē）學技術的發展，各種橋梁的設計、施工以及建築材料的性能都（dōu）在不斷提高，但安全仍然是一個不容忽視問題（tí）。例如斜索的壽命是斜拉橋安全的關鍵之一。人們最關心是（shì）斜索如何防腐，以及錨固區的結構損傷和抗疲（pí）勞性能。近年來斜索（suǒ）防腐措施雖（suī）有不斷改進，錨固（gù）區結構的設計與（yǔ）施工方（fāng）法也在提高，但橋梁結（jié）構畢（bì）竟還是要長期經曆風雨。所以說隻有通過索力檢測來了解斜索的安全，還是最為可靠。同樣對於全結構的檢測，仍是將來保證橋（qiáo）梁安全的重要（yào）措施。