预应力混凝土桥梁结构应力长期监测研究摘要：混凝土构件的应力状态与结构的安全直接相关，因此对于预应力混凝土桥梁的施工监控以及营运过程中的健康监测，混凝土的应力监测是一项相当重要的内容。然而在长期监测的情况下，目前常用的钢筋应变计测量应力的方法存在较大的偏差。针对这一问题，本文对混凝土徐变效应进行了数值模拟，研究了徐变对混凝土、钢筋应力的影响，并提出了用钢筋计进行长期应力监测的近似修正方法。
关键词：预应力混凝土桥梁；应力监测；徐变；
1. 混凝土的应力测量
为了对混凝土构件应力状态进行监控，大跨桥梁在施工过程中通常埋设振弦式钢筋应变计，得到的是钢筋的应变。对于短期活载应力(认为周围环境条件不变)，根据钢筋与混凝土发生相同的应变可以得到钢筋附近混凝土的应力；当把混凝土受荷前的应力状态作为零应力状态时，也可以由钢筋计的数据直接得到混凝土短期绝对应力。然而，对于混凝土的长期绝对应力，由于受多种因素的影响，不能直接利用钢筋计得到的应变数据计算得到。
通过钢筋计直接测得的应变是长期总应变，可以表示为[1]：
式中，ε弹为荷载引起的弹性应变；ε徐变徐为相应的徐变应变；ε自身为混凝土自身体积应变；ε温度为自由温度应变；ε收缩为混凝土收缩应变。其中后三种应变之和称为无应力应变。
一预应力混凝土连续梁桥 1.力学特点及适用范围 连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。作为超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使桥梁结构产生次内力。 由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂，能充分发挥高强材料的特性，促使结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力，加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、超载能力大、养护简便等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。 预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和大跨径的桥梁。 2.立面布置 预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题，可以设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式（图1）。结构形式的选择要考虑结构受力合理性，同时还与施工方法密切相关。 a b a.不等跨不等截面连续梁 b. 等跨等截面连续梁 图1 连续梁立面布置 1．桥跨布置 根据连续梁的受力特点，大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置，但多于三跨的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。当采用三跨或多跨的连续梁桥时，为使边跨与中跨的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的0.8倍为宜，当综合考虑施工和其他因素时，边跨一般取中跨的0.5～0.8倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通航（车）净空及地质条件等因素的限制，并且同时总长度受到制约时，可采用多孔小边跨与较大的中间跨相配合，跨径从中间向外递减，以使各跨内力峰值相差不大。 桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥、选用顶推法施工或者简支—连续施工的桥梁，多采用等跨布置，这样做结构简单，统一模式。等跨布置的跨径大小
浅析桥梁结构损伤检测方法 摘要：对桥梁检测方法和技术方面进行了论述，以上塘路高架桥工程健康检测为背景，通过对既有结构状态和检测结果的分析，对未来桥梁检测提出几点建议，为桥梁的优先加固提供了依据。 关键词：桥梁检测；结构状态；优先加固 abstract: the testing methods and technology bridges are discussed in this paper, the above pond road viaduct project health detection as the background, through both structure of state and the analysis of test results, for bridge test future put forward several proposals, the priority for the bridge reinforcement to provide the basis. keywords: bridge detection; structure state; priority reinforcement 中图分类号： k928 文献标识码： a 文章编号： 0 引言 桥梁是联系城市和地区的纽带与喉咙，直接左右着公路的生命，因此，必须确保其工程质量，始终使其处于良好的工作状态。这么众多的桥梁，在主体结构建成后有无隐患？在通车运行前桥梁的状态如何？在运行中的状态如何？有没有运行隐患？如果有，是否严重到影响桥梁使用？应当重点防护或修复的部位在那里？已经使用多年的桥梁还有多少年限，由于种种原因需要立即知道桥梁当前的状态是否还适宜通行使用？能否通过重载车辆、或超过
预应力混凝土连续梁桥结构设计 第一章绪论 第一节桥梁设计的基本原则和要求 一、使用上的要求 桥梁必须适用。要有足够的承载和泄洪能力，能保证车辆和行人的安全畅通；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求；在通航河道上，应满足航运的要求；靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁还应结合有关方面的要求，考虑综合利用。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维护。 二、经济上的要求 桥梁设计应体现经济上的合理性。一切设计必须经过详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最小，在使用期间养护维修费用最省，并且经久耐用；另外桥梁设计还应满足快速施工的要求，缩短工期不仅能降低施工费用，面且尽早通车在运输上将带来很大的经济效益。 三、设计上的要求 桥梁设计必须积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺利新的设计思想，认真研究国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成果，把国外的先进技术与我们自己的独创结合起来，保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 四、施工上的要求 桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。 五、美观上的要求 在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具行优美的建筑外型，并与周围的景物相协 调，在城市和游览地区，应更多地考虑桥梁的建筑艺术，但不可把美观片面地理解为豪华的细部装饰。 第二节计算荷载的确定 桥梁承受着整个结构物的自重及所传递来的各种荷载，作用在桥梁上的计算荷载有各种不同的特性，各种荷载出现的机率也不同，因此需将作用荷载进行分类，并将实际可能同时出现的荷载组合起来，确定设计时的计算荷载。 一、作用分类与计算 为了便于设计时应用，将作用在桥梁及道路构造物上的各种荷载，根据其性质分为：
目录 一、传统桥梁结构检查与评估概述 (1) 二、现代桥梁健康监测系统概述 (2) 三、健康监测系统研究现状 (3) 四、健康监测系统实施现状 (5) $ 五、健康监测系统应用效果与存在问题 (9) 六、健康监测系统改善建议与发展前景 (10) "
一、传统桥梁结构检查与评估概述 桥梁在建成后，由于受到气候、腐蚀、氧化或老化等因素，以及长期在静载和活载的作用下易于受到损坏，相应地其强度和刚度会随时间的增加而降低。这不仅会影响行车的安全，并会使桥梁的使用寿命缩短。为保证大桥的安全与交通运输畅通，加强对桥梁的维护管理工作极为重要。桥梁管理的目的在于保证结构的可靠性，主要指结构的承载能力、运营状态和耐久性能等，以满足预定的功能要求。桥梁的健康状况主要通过利用收集到的特定信息来加以评估，并作出相应的工程决策，实施保养、维修与加固工作。评估的主要内容包括：承载能力、运营状态、耐久能力以及剩余寿命预测。承载能力评估与结构或构件的极限强度、稳定性能等有关，其评估的目的是要找出结构的实际安全储备，以避免在日常使用中产生灾难性后果。运营状态评估与结构或构件在日常荷载作用下的变形、振动、裂缝等有关。运营状态评估对于大桥工件条件的确认和定期维修养护的实施十分重要。耐久能力评估侧重于大桥的损伤及其成因，以及其对材料物理特性的影响。 传统上，对桥梁结构的评估通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息进行。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。美国联邦公路委员会的最近调查表明，根据目测检查而作出的评估结果平均有56%是不恰当的。传统检测方式的不足之处主要表现在： （i）需要大量人力、物力并有诸多检查盲点。现代大型桥梁结构布置极其复杂，构件多且尺寸大，加之大部分的构件和隐蔽工程部位难于直接接近检查，因此，这对现代大型桥梁尤其突出； （ii）主观性强，难于量化。检查与评估的结果主要取决于检查人员的专业知识水平以及现场检测的经验。经过半个多世纪的发展，虽然桥梁的分析设计与施工技术已日趋完善，但对某些响应现象，尤其是损伤的发展过程，尚处于经验积累中，因此定量化的描述是很重要的； （iii）缺少整体性。人工检查以单一构件为对象，而用于现代机械、光学、超声波和电磁波等技术的检测工具，都只能提供局部的检测和诊断信息，而不能
各种桥梁构造图解 箱型梁桥：(xiang xing liang qiao) box-girder bridge 箱梁结构的基本概念在于全部上部结构变为整体的空心梁，而当主要荷载通过桥上的任何位置时，空心梁的所有各部分(梁肋,顶板和底板)作为整体同时参加受力。其结果可节省材料，成为薄壁结构，提高了抗扭强度。箱梁桥可分为单室，双室,多室几种。 组合梁桥：(zhu he liang qiao) composite beam bridge 指以梁式桥跨作为基本结构的组合结构桥，既两种以上体系重叠后，整体结构的反力性质仍与以受弯作用负载的梁的特点相同。这类桥的特点主要表现在设计计算工作繁重，构造细节及内力复杂。 空腹拱桥：(kong fu gong qiao) open spandrel arch bridge 在拱桥拱圈上设置小拱，横墙或支柱来支撑桥面系，从而减轻桥梁恒载并增大桥梁泻水面积者称为空腹拱桥。 实腹拱桥：(shi fu gong qiao) filled spandrel arch bridge
在拱桥拱圈上腹部两侧填实土壤或粒料后铺装路面，这种拱桥称为实腹拱桥。小跨径的砖,石,混凝土拱常采用这种构造形式。 无铰拱桥：(wu jiao gong qiao) hingless arch bridge 如图，在整个拱上不设铰，属外部三次超静定结构。由于无铰，结构整体钢度大，构造简单，施工方便，维护费用少，因此在实际中使用最广泛。但由于超静定次数高，温度变化，材料收缩，结构变形，特别是墩台位移会产生较大附加应力。 混凝土空腹无铰拱桥 三铰拱桥：(san jiao gong qiao) three-hinged arch bridge 如图，在拱桥的两个拱脚和拱的中间各设一铰称为三铰拱。属外部静定结构构。因而温度变化,支座沉陷等不会在拱内产生附加应力，故当地质条件不良，可以采用三铰拱，但铰的存在使其构造复杂，施工困难，维护费用高，而且减小了整体刚度降低了抗震能力，因此一般较少使用。 刀形上承式三铰拱桥（跨径90m） 两铰拱桥：(liang jiao gong qiao) two-hinged arch bridge 当拱桥的两个拱脚皆设为铰支座时称为两铰拱桥。属外部一次超静定结构。由于取消了拱顶铰，使结构整体刚度较三铰
预应力混凝土桥梁现状与发展 Present situation and development of prestressed concrete bridge 【摘要】本文按预应力混凝土桥梁常用的结构型式来说明预应力混凝土结构在桥梁上的应用与发展；分析了这些结构型式的优缺点以及发展趋势；同时还分析了影响其运用和发展的相关因素，以促进预应力混凝土桥梁的更进一步发展。【关键词】预应力混凝土桥梁型式运用与发展结构 【Abstract】The main body of the writing is that according to the prestressed concrete bridge common structure to explain the application and development on Prestressed concrete structure in bridge ;and analyzed advantages and disadvantages of these structure types and the development trend.At the same time,the article also analyzed the effect of the use and development of the related factors to promote the further development of prestressed concrete bridge. 【Key Words】Prestressed concrete Bridge type Application and development Structure 【正文】 一、前言 预应力混凝土是在第二次世界大战后迫切要求恢复战争创伤，从西欧迅速发展起来的。半个多世纪以来,从理论、材料、工艺到土建工程中的应用,都取得了巨大的发展。尤其是随着部分预应力概念的逐步成熟,突破了混凝土不能受拉与开裂的约束,大大扩展了它的应用范围。目前预应力混凝土已成为国内外土建工程最主要的一种结构材料,而且预应力技术已扩大应用到型钢、砖、石、木等各种结构材料,并用以处理结构设计，施工中用常规技术难以解决的各种疑难问题。我国预应力混凝土的起步比西欧大约晚10年,但发展迅速,应用数量庞大。我国近年来在土木工程投资方面，建设规模方面均居世界前列。在混凝土工程技术，预应力技术应用方面取得了巨大进步。近来二三十年来,我国预应力混凝土桥梁发展很快,无论在桥型，跨度以及施工方法与技术方面都有突破性发展,不少预应力混凝土桥梁的修建技术已达到国际先进水平。下面从以下几个方面探讨预应力混凝土结构在桥梁上的应用与发展。 二、公路板式桥
桥梁结构健康监测
目录 1. 桥梁结构健康监测的概念 0 2. 桥梁结构健康监测系统 0 2.1. 监测内容 0 2.2. 数据传输 (1) 2.3. 数据分析处理和控制 (2) 2.4. 大型桥梁结构健康监测系统 (2) 2.5. 桥梁结构健康监测的现状与发展方向 (3) 3. 桥梁结构健康监测系统的意义 (4) 3.1. 桥梁结构健康监测系统的主要作用包括： (4) 3.2. 桥梁健康监测意义 (4) 4. 现有桥梁结构监测系统存在的问题 (5) 5. 结语 (6)
桥梁结构健康监测 1.桥梁结构健康监测的概念 交通是社会的经济命脉，桥梁是交通的咽喉，交通不畅会制约社会的经济发展，所以保障桥梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至关重要。为保证桥梁安全运行、避免严重事故发生,对桥梁结构进行健康监测应运而生，桥梁结构健康监测是以科学的监测理论与方法为基础，采用各种适宜的检验、检测手段获取数据，为桥梁结构设计方法、计算假定、结构模型分析提供验证；对结构的主要性能指标和特性进行分析，及早预见、发现和处理桥梁结构安全隐患和耐久性缺陷，诊断结构突发和累计损伤发生位置与程度，并对发生后果的可能性进行判断与预测。通过对桥梁结构健康状态的监测与评估，为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理措施提供依据，并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏，保障和延长桥梁的使用寿命的目的。 2.桥梁结构健康监测系统 2.1.监测内容 数据采集与测量的内容主要为：变形(沉降、位移、倾斜)、应力、动力特性、温度、外观检测等。 1)变形监测 采取适宜的测量手段，对桥梁主体结构关键部位的沉降、位移、倾斜量进行监测。常用监测变形的方法有：导线测量法、几何水准测量法、GPS测定三维位移量法、自动极坐标实时差分测量法和自动全站仪三维坐标非接触量测等。 2)应力监测 桥梁运营状态中主体结构的应力变化是由于主体结构的外部条件和内部状态变化引起
现代预应力混凝土桥梁结构的新发展 摘要：在最近的几年时间里，我国加大了对运输机构建设的投资力度，并且十 分关注桥梁项目的施工建造，促使预应力技术得以全面的发展。不少修建技术已 经达到了国际先进水平，本文主要对现代预应力混凝土桥梁结构进行探讨。 关键词：预应力混凝土；桥梁结构；发展 1桥梁结构中的预应力混凝土发展历史 1.1在上世纪初期，我国科研人员就完成了第一个横跨超过十米的预应力混凝土类型的桥梁结构，并且在接下来的近一年的时间里也成功修建了28孔24米跨的新沂河大桥，进而打 开了预应力混凝土施工技术在国内交通领域中的新篇章。经过了几十年的完善发展，通过了 很多的专业技术人员的不断研究创新，促使预应力技术达到了一个更高的水平，已经能够建 造横跨度超过三十米，孔洞大约三万个的桥梁工程，这种突破性的技术飞越，在世界范围内 也是非常罕见的，最为突出的项目就是跨越度达到168米的攀枝花金沙江铁路连续钢构桥， 这也正是体现我国交通桥梁预应力技术已经实现了质的飞越，达到国际标准的结果。 1.2早在上个实际中期，国家相关研究施工人员就已经在国内开始预应力混凝土桥梁项目的实验，随后的十年时间里很多的代表项目快速建造完成，并且使用效果非常良好，这些工 作为国内建筑预应力混凝土施工技术的发展提供了前提保证。伴着国内经济水平的大幅度提升，带动了整个交通运输行业发生了翻天覆地的变化，在最近的几十年时间里，预应力混凝 土施工技术已经被人呢大范围的运用到了桥梁项目的建造之中，特备是那些大范围跨度的桥 梁最为明显，现如今在国内超过四百米横跨度的混凝土桥梁项目已经有七个之多，并且其中 有几个工程已经达到了世界的顶级标准，成为了全球之最，这也充分的说明了国内这项技术 已经取得了非常显著的成绩。但是国内的专业人士并没有因此而满足，还是在不断的钻研创新，希望能够代领国内预应力混凝土施工技术达到世界的巅峰。 1.3 很多的城市为了缓解交通的压力，通常都会兴建立交桥，将预应力混凝土技术引用到 立交桥项目的建造之中，能够有效的提升工作效率和质量，这项工作是在上世纪七十年代就 已经开始实施了，并且已经取得了较为可喜的成绩，很多的北京立交桥都是使用的这项施工 技术，对于保证工程的整体稳固性也是非常有利的。 2我国预应力混凝土发展过程中的主要成就 2.1预应力材料技术的突破 2.1.1高强混凝土 伴着建筑行业的快速发展，高强混凝土符合，并且能够满足与行业的发展趋势和需求的，其实质就是说混凝土具备较高的强度，较高的持久性以及稳定性的有点。我们从高强度这个 概念来看，底抵抗压强的能力超过C50的混凝土可以被称之为高强混凝土，为了满足工程整 体不断提升的稳固性的需求，使用高强混凝土是比较有效的途径。使用高强混凝土能够有效 的减少物料的用量，减少自身重量，不仅能够降低项目成本，并且对保证处在结构下部的构 造承受较小的负荷提升自身稳固性都是非常有助益的。在我国现如今已经研发生产出了C100 的混凝土。就已经修建完成的预应力混凝土桥梁项目来讲大部分都是使用的C40-C50混凝土, 这样势必会使用减水剂等相关外加剂来生产具有一定塑性的混凝土物料，并且带动了泵送混 凝土技术的进步。 2.1.2钢材 （1）冷拉钢筋技术； （2）冷拔钢丝技术； （3）中强预应力筋技术； （4）高强预应力钢丝、钢绞线技术。 2.2预应力混凝土工艺技术的突破 （1）预应力砼张拉锚固技术的发展。 （2）无粘结预应力砼成套技术。 （3）斜拉索产品成套技术。 3我国预应力技术发展发展前景
第1题桥梁健康监测的主要内容为（） A、外部环境监测，通行荷载监测，结构关键部位内力监测，结构几何形态监测，结构自 振特性监测，结构损伤情况监测等； B、风载、应力、挠度、几何变位、自振频率； 广| C、外观检查、病害识别、技术状况评定; D、主要材质特性、承载能力评定。 第2题对于连续刚构桥梁外部环境监测的最重要内容为 （） A风速、风向; B、温度； C湿度； 广D降雨量； 第3题通行荷载监测重点关注参数为（） A、通行车辆尺寸和数量； -B、通行车辆的轴重和轴距，交通流量； yd C、大件运输车辆； D、超限运输车辆。 第4题下列哪项不是桥梁结构关键部位内力主要监测内容（） ' A、斜拉桥索力； 厂一B、梁式桥主梁跨中截面应力； C钢管混凝土拱桥的拱脚截面应力； "'I D、梁式桥桥墩内力。
第5题下列哪项不是结构几何形态主要监测内容 （） 广A、连续刚构桥的墩底沉降； :厂| B、连续梁桥的主梁挠度； 冷| C系杆拱桥的吊杆伸长量；拱桥 厂D斜拉桥墩（塔）顶偏位。 第6题某桥梁监测结果发现该桥的自振频率有逐渐降低趋势，表明该桥（）广A、刚度增大，振动周期变长，技术状况好； 广I B、刚度增大，振动周期变短，技术状况好； ^*| C、刚度降低，振动周期变长，技术状况变差； D、刚度降低，振动周期变短，技术状况变差。 第7题结构损伤监测内容不含（） A、损伤部位、范围； B、、损伤类型； C、损伤开展情况； * D、损伤原因。 第8题下列不属于桥梁健康监测使用的环境监测设备的是 （） A、风速仪； B、风向仪； C雨量计和蒸发计； 厂 D温度传感器。
桥梁结构安全监测的基本内容主要为：变形（沉降、位移、倾斜）、应力、动力特性、温度以及常规外观检测等。 其中桥梁挠度是监测的一项重要内容，确保结构有足够的刚度。 测量桥梁挠度可以在桥梁的不同部位安装合适的传感器，如机械测试仪器（包括百分表、千分表、张线式位移和挠度计）、光电成像法、倾角仪、GPS、激光图像法、连通管法。目前在监测中常用GPS进行监测，它实现桥梁动态实时、自动测量。 。传统桥梁结构应力应变测量所采用的技术模式基本是通过敏感元件（如电阻应变片、基于钢弦的振弦式应变计）将被测量转换成电学量，再通过专用电学量测量仪器记录测量结果。 压电式及ICP型加速度传感器，它是使用最普遍的振动传感器，特点是稳定性好、体积小、是中高频振动的理想传感器。电容式加速度传感器是一种适合超低频测量的振动传感器，其下限频率可以达到0Hz，非常适用在极低频率和静态加速度测量。伺服式振动传感器，它是测量超低频微振动的理想传感器，采用有源或无源闭环伺服技术，具有良好的超低频特性，适合超低频大量程测量和微弱振动测量。目前该类传感器在桥梁测试中普遍应用，但在长期监测系统中使用不多。 根据城市桥梁在道路系统中的地位，城市桥梁宜分为以下五类： Ⅰ类养护的城市桥梁——特大桥梁及特殊结构的桥梁。 Ⅱ类养护的城市桥梁——城市快速路网上的桥梁。 Ⅲ类养护的城市桥梁——城市主干路上的桥梁。 Ⅳ类养护的城市桥梁——城市次干路上的桥梁。 Ⅴ类养护的城市桥梁——城市支路和街坊路上的桥梁。 城市桥梁检查应根据其内容、周期、评估要求分为经常性检查、定期检测、特殊检测。
经常性检查又称日常检查或例行检查，主要指对桥面设施、上部结构、下部结构和附属构造物的技术状况进行日常巡视检查，及时发现缺损并进行小修保养工作。 (1)经常性检查宜以目测为主，配合简单量测工具， 定期检查是为评定桥梁的使用功能，制订管理养护计划提供基础数据，按规定周期，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行定期跟踪的全面检查。 （1）定期检测分为常规定期检测和结构定期检测。常规定期检测应每年一次，可根据城市桥梁实际运行状况和结构类型、周边环境等适当增加检测次数。结构定期检测应在规定的时间间隔进行，Ⅰ类养护的城市桥梁宜为1-2年，关键部位可设仪器监控测试；Ⅱ~Ⅴ类养护的城市桥梁间隔宜为6-10年。 （2）常规定期检测宜为目测为主，并应配备如照相机、裂缝观测仪、探查工具及现场的辅助器材与设备等必要的量测仪器。 （4）结构定期检测报告应包括下列内容： 1城市桥梁进行结构定期检测的原因。 2结构定期检测的方法和评价结论。 3结构使用限制，其中包括荷载、速度、机动车通行或车道数限制。 4养护维修加固措施。 2 城市桥梁常规定期检测中难以判明是否安全的桥梁。 3 为提高或达到设计承载等级而需要进行修复加固、改建、扩建的城市桥梁。 4 超过设计年限，需延长适用的城市桥梁。
文章编号：1009-6825（2011）17-0188-02 浅议桥梁结构健康监测系统 收稿日期：2011-02-24作者简介：王 兰（1983-），女，助理工程师，中交路桥技术有限公司，北京100029 王 明（1982-），男，工程师，中铁二十二局集团第一工程有限公司，北京100040 王兰 王明 摘 要：对桥梁结构健康监测的传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统及桥梁健康评估系统进行了论述，指出了目前国内外桥梁结构健康监测系统存在的差距，阐述了应用桥梁结构健康监测系统的意义，旨在保证桥梁运 营安全。 关键词：桥梁，健康监测，系统中图分类号：U446 文献标识码：A 尽管（截止到2006年）我们国家现有桥梁已经达到了50万余座， 但是有些地方的桥梁管理者对现有桥梁的管理仍然是“被动式”的，也就是当桥梁发生安全事故的时候才对桥梁进行维护（检测和加固）。这种被动式的管理不可避免的会带来桥梁安全事故的频繁发生，如近几年的重庆彩虹桥、宜宾小南门桥、苏州堰月桥以及辽宁盘锦的田庄台桥等塌桥事故。随着桥梁管理理念的发展和桥梁检测、 健康监测以及评估方法的进步，使得变“被动式”的桥梁管理为“主动式”桥梁安全管理成为可能。“主动式”的桥梁管理核心是建立桥梁维护管理制度，定期对 桥梁进行检测（对重大桥梁安装桥梁结构健康监测系统，对其进行“实时检测”），及时了解桥梁的安全状况，并采取相应的修理措 施，避免安全事故的发生。 1桥梁结构健康监测系统基本框架 一个较为完整的桥梁结构健康监测系统一般包括以下四个 子系统：传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统和桥梁健康评估系统。 1．1传感器系统 一般桥梁结构健康监测系统选用的传感器包括两大类：一类 是监测桥梁荷载（系统输入）的传感器，一类是监测桥梁结构反应（系统输出）的传感器。 监测桥梁荷载的传感器包括以下几种：温度计、风速仪、空气温湿度计和汽车动态称重系统等；监测桥梁结构响应的传感器包括以下几种：应变计、加速度计、GPS 、倾角仪、位移计、锚索计等。 根据不同的桥梁结构形式和工程预算的约束，不同的工程可以选择不同的传感器种类和数量。传感器系统设计主要是传感器种类和数量的选择，重点是传感器布点优化设计。 1．2数据采集与传输系统 数据采集设备一般包括五种：1）通用采集仪器，主要采集电类传感器信号，一般可针对具体的项目进行特殊设计。2）光纤光栅解调仪，光纤传感器是近些年来兴起的传感器种类，对于桥梁 监测系统光纤应变计和温度计得到了日益广泛的应用，采集光纤传感器信号使用光纤光栅解调仪。3）振弦采集仪，对于振弦原理 设计的传感器必须用振弦采集设备，如锚索计等。4）GPS 接收机， GPS 数据采集由专门的系统设备完成，GPS 天线通过同轴电缆连接至相应的GPS 接收机。5）动态称重主机， WIM 系统的数据通过高速称重主机接收压电传感器和地感线圈的信号来进行采集。 数据传输包括三个层次：1）从传感器到采集设备的局部传输网络；2）从采集设备到桥头交换机二级传输网络；3）从桥头交换 机到监控中心的骨干传输网络。数据采集与传输系统主要是与 传感器匹配的采集仪器的选择、通道数和采集频率的确定，以及数据传输方案的设计。 1．3数据处理与控制系统 在结构健康监测系统中，对系统监测数据的处理根据处理方 式、处理内容以及处理顺序的不同分为数据预处理和数据后处 理。系统的数据处理功能由数据库服务器与工控机共同来完成。数据采集系统中的原始监测数据的预处理是在各子系统采 集仪上完成， 包括通用数据采集仪、光纤解调仪、GPS 接收机、WIM 称重主机。预处理后的数据经桥头交换机通过光纤传回监控中心，监控中心的工控机接收预处理后的数据并实时显示。 经预处理后的数据实时的传输至监控中心，在各工控机中通过数据处理软件进行数据后处理，由于数据后处理涉及更为复杂的处理方式，因此有时可能需要进行人机交互的数据处理方式。 1．4桥梁结构健康评估系统 桥梁结构健康监测系统直接目的是为了桥梁结构评估。桥梁结构评估包括两个层次：一个层次是基于对监测数据的分析判定桥梁上是否发生了病害，并确定病害大致位置，辅以人工检查确定病害程度和性质。第二个层次是在上述病害下桥梁是否安全，是否需要维修加固。第一个层次是桥梁损伤识别的研究范畴；第二个层次一般有基于可靠度理论的分项系数评估方法和基于精细有限元分析的力学方法。桥梁健康评估系统是桥梁健康监测系统的核心。桥梁健康评估系统主要功能是根据采集的数据和分析结果对桥梁承载能力进行评估， 为桥梁维护提供决策依据。2桥梁结构健康监测系统国内外应用现状 20世纪60年代以来，由于发达国家桥梁严重退化，安全事故不断发生和事故后果的严重性，工程技术人员对桥梁结构监测展开了积极的探索。一方面是桥梁管理系统的研究，美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家最先开发了基于计算机的桥梁管理系统，美国从20世纪60年代起就开始使用桥梁管理系统，建成了大量的数据库，以便对桥梁进行科学管理。另一方面是监测系统的研究，到90年代国内外许多大型桥梁安装了健康监测系统，如日本的明石海峡大桥、丹麦的Great Belt 和中国的江阴桥等。 中国香港的青马大桥、汀九桥和汲水门桥三座桥梁同时安装了风与结构健康监测系统WASHMS （Wind And Structural Health Monitoring System ），为便于集中管理，相关部门建立了一个整体监控中心，三座桥梁共用一套整体的数据处理与控制系统和结构健康评价系统，三座桥梁的数据采集与传输作业的控制在监控中心 · 881·第37卷第17期2011年6月 山西 建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol．37No．17Jun．2011
公路桥梁结构设计系统（GQJS）详细介绍 公路桥梁结构设计系统（汉语拼音缩写为GQJS）于98年8月正式推出Windows版，该版本称为GQJS 4.0。其前身是由交通部组织行业专家联合开发的桥梁综合程序GQZJ (参见陆楸、王春富、冯国明编《公路桥梁设计电算》上、下册（桥梁上部结构）人民交通出版社1983年6月)。GQZJ程序1978年投入试用，1980年通过原交通部公路总局的技术鉴定。该系统在公路系统推广应用20年多年来，历经许多桥梁界计算机专家的修改完善，在工程上得到广泛的使用与验证。在转为Windows版时定名为公路桥梁结构设计系统GQJS。因新的系统已不仅仅是单纯进行结构分析，还包括的动态可视化的数据前处理界面、数据图形检验、结果图形浏览和检索、预拱度设置、施工图绘制等一系列的设计功能。它改变了过去桥梁结构计算只能以文本文件操作方式进行的老模式，并对桥梁综合程序输入数据结构做了改造，特别改变了单元坐标和预应力信息数据表达方式，使数据结构大为简化。软件操作改为在仿Office的软件界面的全新操作方式，输入数据、结构计算、察看计算结果集成于同一界面系统之中。 99年3月推出GQJS 5.0版。GQJS 5.0版增加了解题规模使计算单元数可达1000，增加了输入数据图形检验功能，增加了输出结果在界面中快速浏览功能，即通过界面直接浏览查询计算结果，并形成内力、应力、位移以及影响线的曲线分布图、曲线包络图。GQJS 5.0版首次在国内同类桥梁结构分析软件中用彩色云图方式表示计算结果中的应力、内力及位移。GQJS 5.0版增加了读DXF文件，辅助输入横断面变宽点信息的功能，即用户可以先在AutoCAD中用line、arc、circle命令绘制横断面，并形成DXF文件，系统再将DXF文件中线段坐标信息转换成截面变宽点信息。GQJS 5.0版还增加了根据结构计算结果形成桥梁施工控制用的预拱度表和各施工阶段桥面高程表的功能，这些表可由本系统直接调用EXCEL 形成，也可选择形成文本文件“GQJSL.GXL”。在GQJS 5.0改版过程中根据用户反馈意见对原有数据输入界面做了大量改进完善工作，增加了Windows NT网络运行功能，使软件使用更加方便，性能更加稳定。 2000年2月推出GQJS 6.0版。这次改版主要是增加了绘制设计图功能，其中包括：施工工序图、结构构造图、预应力钢筋平纵布置图、预应力钢筋断面布置图、预应力钢筋几何要素表等(计划中的普通钢筋布置图功能暂缓)，其中施工工序图中包括各施工阶段计算内容和结构简图，以及带尺寸标注的结构单元离散图。2000年11月推出GQJS 6.5版，GQJS 6.5版可以直接在Windows 2000系统下运行。在GQJS 6.0版基础上增加了TCP/IP网络服务功能，即在符合TCP/IP协议的局域网络上的任意一个Windows 9x/ NT/2000 系统的终端上安装加密锁并运行网络版服务程序，则网上各终端均可同时运行GQJS。GQJS 6.5版还增加了各类单元信息的平移和镜像拷贝功能，使单元信息输入更方便快捷。结果分析中增加了预应力钢筋调整、位移图中增加了初位移叠加功能。数据输入框中增加了许多数据合理性的智能判别。使初次接触GQJS的用户输入数据时尽可能少地出错。 2001年4月推出GQJS 7.0版。这次改版主要是进一步完善网络服务程序和绘制预应力钢筋设计图功能。在使用阶段信息中增加了结构自重安全系数、汽车影响线加载步长、冲击系数计算选择。在结果分析中增加了位移累加和预应力配束功能。在结构材料信息中增加了两种收缩徐变系数计算方法，使收缩徐变计算与《公桥规》JTJ-023-85 附录四相符。 2001年8月推出GQJS 7.5版。这次改版主要根据用户要求，在GQJS计算模块中增加了公路——A级车道荷载（新桥规）、城市桥梁汽车荷载（A级、B级）、铁路设计活载（中-活载特种活载和中-活载普通活载）、规范法定单位制和传统公制单位制选择，温度荷载直
西南交通大学 本科毕业设计 80+150+80m 预应力混凝土连续梁桥上部结构设计 年级: 2010 级 学号: XXXXXXXX 姓名: X X X 专业: 铁道工程(桥梁组) 指导老师: X X X 2014 年 6 月
院系土木工程系专业铁道工程 年级 2010 级姓名 X X X 题目 80+150+80m预应力混凝土连续梁桥上部结构设计 指导教师 评语 指导教师 (签章) 评阅人 评语 评阅人 (签章) 成绩 答辩委员会主任 (签章) 年月日
毕业设计任务书 班级铁工X 班学生姓名 X X X 学号 XXXXXXXX 发题日期：2014年 03 月02 日完成日期： 2014年06月06日 题目 80+150+80m预应力混凝土连续梁桥上部结构设计 1、本设计的目的、意义:学生在进行毕业设计之前，已对公共基础课程、专业基础 课程及专业课程进行了有序的分阶段的学习，对工程结构已经建立起了从设计原理 到设计方法及施工方法的基本知识结构，但还缺少综合地系统地运用这些知识来解 决实际问题的锻炼机会。本设计以公路预应力混凝土连续梁结构为背景，让学生在 老师的指导下系统地完成结构设计、结构计算与检算的全过程。通过本设计可巩固 学生对材料力学、结构力学、混凝土结构设计原理、桥梁工程等知识的掌握，提高 学生分析和解决问题的能力；同时可让学生对桥梁工程的认识更加清晰、全面；还 可通过对桥梁结构分析软件、绘图软件、数据处理、文本处理等软件的大量使用培 养学生的计算机运用能力。 2、学生应完成的任务 一、设计说明书的编制： 1、设计概述 2、桥梁结构尺寸拟定 3、运营阶段内力计算 4、预应力钢束估算 5、施工阶段计算分析 6、承载能力与正常使用的相关检算 7、结论 二、工程图纸的绘制： 1、桥梁立面布置图 2、梁体节段划分图（悬臂施工的连续梁）
桥梁结构健康监测系统的意义 桥梁结构健康监测系统的主要作用包括: 1) 设计验证，确保 桥梁安全;2) 及时发现桥梁损伤;3) 为桥梁维护管理提供技术依 据;4) 辅助桥梁日常交通管理 尽管( 截止到2006年) 我们国家现有桥梁已经达到了50万 余座，但是有些地方的桥梁管理者对现有桥梁的管理仍然是被 动式的，也就是当桥梁发生安全事故的时候才对桥梁进行维护 ( 检测和加固) 这种被动式的管理不可避免的会带来桥梁安全 事故的频繁发生 结构检测与健康监测概况工程结构一般会受到两种损伤一突发性损伤和累积性损伤。突发性损伤由突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值；累积损伤则有缓慢积累的性质，达一定程度会引起破坏影响安全和使用。健康检测能够在突发性损伤发生时及时做出判断和警报，以便采取处理措施，防止发生进一步的破坏和引发其它事故。对于累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采取相应措施。二、桥梁健康监测意义（一）监控与评估。桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控：①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；③结构构件耐久性；④工程所处环境条件等等。（二）设计验证。由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的。因此，通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有重要意义。不仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。（三）研究与发展。桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。三、健康监测系统（一）大型桥梁健康监测系统。大型桥梁健康监测系统一般应包括以下几部分内容： 1、传感系统。由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成。 2、信号采集与处理系统。实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。 3、通信系统。将处理过的数据传输到监控中心。 4、监控中心。利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等。传感器监测到的实时信号，经过采集与处理曲通信系统传送到监控中心进行分析和判断，从而对结构的健康状况作出评估。若结构出现异常行为，则由监控中心发出预警信号，并对检测出来的损伤进行定性、定位和定量分析同时提供维修建议。（二）信号的分析与处理。桥梁结构的健康状况是由测试的信号来
中冶建研院建议桥梁变位长期监测 中冶建筑研究总院（上海）有限公司专业从事桥梁检测、桥梁加固设计、及相关技术咨询服务，公司桥梁检测中心除了拥有国家质检总局所颁布的桥梁检测检查能力许可外，于2011年10月中心取得了交通部的桥隧专项资质。为有效检测公路桥梁的结构性能，更好地服务于国公路、市政建设，我院桥梁检测中心购买、研制开发了一整套与先进的桥梁检测仪器相配套使用的完整的测试系统，先后承接了北京、广西、深圳及上海地区百余座桥梁的监测、动静载试验、桥梁整体监控、监测等。 在桥梁结构的使用过程中，由于受地质情况、地下水为变化、混凝土收缩、徐变、温度变化、桥梁周边施工、使用荷载增大等种种因素的影响，桥梁结构的基础会产生沉降或变位，内力也会随之发生变化，桥梁结构的线形或平面位置会产生变化，对于金顶结构，这些变化往往引起桥面线型不顺畅、影响行车的舒适性；对于超金顶结构，这些变化不仅会引起桥面的不顺畅，而且会导致桥梁结构实际受力状况海边。就长期监测内容而言，其范围比较广，沉降变位、系杆及拉索索力的变化，温室效应等。上述因素的变化对桥梁结构的影响是长期的、严重的，优势甚至会危及桥梁结构的安全使用，因此必须通过相应的监测方法、监测手段、账务上述因素变化规律、发展趋势以及其对桥梁结构受力状态、使用性能德影响程度。同城，桥梁基础沉降或桥梁变位监测比较常用，可以在施工阶段布设，也可以在运营过程中布设；而内力监测则需在施工阶段预埋测试元件，测试与分析也相对复杂一下儿，一下就对桥梁变位的长期监测的方法作一简要介绍。 目前，对于基础沉降。桥梁监测，一般采用测量学方法进行。根据实际情况，按照测量出额桥梁观测的基本理论。建立相应的观测网点和测量路线，利用全站仪、精密水准仪、测距仪、ＧＰＳ全球定位系统等测量仪器设备，在独立坐标系中，测量桥梁变位控制点的坐标。然后，通过对各次测量所得出的侨联变位控制点坐标比较，分析判断桥梁结构长期变位的发展趋势；通过结构计算分析，得出由长期变位所产生的结构内力、应力增量。综合上述两个方面及结构受力特点，设计、配筋等结构基本情况，就可以宏观判断桥梁结构的安全性能，提出相应的处理措施或建议。
第39卷第2期土 木 工 程 学 报Vol 139No 12 2006年2月CH I N A C I V I L E NGI N EER I N G JOURNAL Jan 12006 大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究 李 惠1 周文松1 欧进萍1 杨永顺 2 (1.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150090;2.山东省交通厅公路局,山东济南250002) 摘要:首先分析研究了桥梁健康监测系统的各个子系统的功能、特点、实现方法与硬软件系统,研究了完成桥梁健康 监测任务对各个子系统协同工作的要求。提出了以Lab W indows/Lab V I E W 为桥梁健康监测系统的核心软件,由它“指挥”、调用和驱动各个子系统的运行和数据的交互与通讯;以数据管理子系统的数据库作为桥梁健康监测系统的中心数据库,它不仅存储桥梁结构及其监测数据的全部信息,同时所有的数据交互均通过该数据库完成。建议采用B r ower/Server 系统模式将桥梁结构健康监测的各子系统相互结合,建立基于网络平台的开放式的实时在线智能健康监测系统。最后,为一座实际的三塔斜拉桥集成了一套健康监测系统。关键词:大跨桥梁;健康监测;系统集成;网络平台;智能中图分类号:U44517 U447 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2006)022******* A study on system i n tegra ti on techn i que of i n telli gen t m on itor i n g system s for soundness of long 2span br i dges L i Hui 1 Zhou W ensong 1 O u J inping 1 Yang Yongshun 2 (1.Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150090,China 2.H ighway Bureau of Trans portati on Office,Shandong Pr ovincial,J inan 250002,China ) Abstract:This paper analyzed all the subsyste m s in their functi ons,characteristics,i m p le mentati ons,and their hard ware and s oft w are .A study was made on the require ment of concerted app licati on of these subsyste m s for the s oundness monit oring of l ong 2s pan bridges . It was suggested that Lab W indows/Lab V I E W is t o be used as the main syste m t o contr ol the running of the subsyste m s and the interchanging of infor mati on a mong the m.The database of a data menage ment syste m is used as the central database,which st ores not only the infor mati on of the bridge structure,but als o the monit oring inf or mati on . It was suggested t o use B r ower/Server syste m t o connect all the subsyste m s,and an open,real ti m e and online s oundness monit oring syste m based on the net w ork p latfor m can be f or med .Finally,a s oundness monit oring syste m f or a three 2t o wer cable 2stayed bridge was cited as an exa mp le . Keywords:l ong 2s pan bridge;s oundness monit oring syste m;syste m integrati on;net w ork p latf or m;intelligence E 2ma il:lihui@hit 1edu 1cn 基金项目:国家自然科学基金(50410133)、国家杰出青年科学基金 (50525823) 作者简介:李惠,教授收稿日期:2004206225 引 言 桥梁结构造价昂贵,投资规模大,运行或使用期长,在其长达几十年、甚至上百年的服役期间,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等不利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,极端情况下可能引发灾 难性的突发事故 [1] 。健康监测系统可以较全面地把 握桥梁结构建造与服役全过程的受力与损伤演化规律,是保障大型桥梁的建造和服役安全的有效手段之一。结构健康监测系统研究已经成为航空航天、国防、复合材料、土木工程等领域的热点研究方向。各国均在新建的和已服役的重要工程结构上增设健康监测系统 [2-3] 。美国20世纪80年代中后期开始在多座 桥梁上布设监测传感器,监测环境荷载、结构振动和局部应力状态,用以验证设计假定、监视施工质量和实时评定服役安全状态。例如,佛罗里达州的Sunshine Sky way B ridge 桥上安装了500多个传感器。