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大型跨海桥梁结构健康监测与评估技术研究

随着我国经济的快速发展，海岸线城市的规模与数量不断扩大，

同时也催生了大量现代化交通运输设施的建设。地处我国东南沿

海地区的大型跨海桥梁，不仅在国内，甚至在国际上都引起了巨

大轰动。然而在其背后，与大型跨海桥梁结构健康监测与评估技

术的研究密不可分，这也是我们值得深入思考和研究的课题。

一、大型跨海桥梁结构健康监测技术

大型跨海桥梁作为一种基础设施建设设施，其完好性对于我们

可以想象的人类活动都有着十分重要的影响。这方面的技术早在

60年代已有涉及，通过对桥梁实际工况的分析，结片法、位移法、

模态法、带宽分析法、峰值分离技术、锁相技术及相关算法等桥

梁结构健康监测技术逐步发展起来。

1.1结片法

结片法是一种最早提出和应用的桥梁结构健康监测方法，其他

方法都是在这基础上发展出来的。结片法主要是将桥母线分片，

按不同的薄片理论来计算。每片的受力和变形是根据均匀分布直

荷载作用下的简支梁理论，当然还要考虑大跨径桥梁自身的挠度

影响。因此可以分析出桥梁各点的力和变形，其主要的特点是计

算简便，但对桥梁材料和所受载荷分布有较高要求，同时不利于

发现桥梁非均匀变形区域。

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1.2位移法

位移法是一种基于位移量来分析桥梁结构健康状态的监测方法。

该方法在桥洲控制应变最少的情况下，对桥梁的位移进行实时监

测，利用有限元模型进行数据分析和可视化，从而得出各个构件

的变形量和变形状态。与结片法相比，位移法更关注桥梁非均匀

变形区域，但是由于其中所涉及的多项位移测量仪器的精度及合

理选择对结果的精度和可靠性有着极大的影响,所以需要的仪器和

成本都较高。

1.3模态法

模态法是一种根据结构物固有振动特性来分析实际状态的监测

方法。所谓固有振动，是指一个物体特有的振动状态，也是任何

结构物都存在的。根据结构物测定的响应数据及其相应的完成度

等特性，提出了多数模体的统计判断工具，结合运动参数、各模

态振型形式、模态动力学特征和波速分析等方法，从而实现了结

构物状态的健康评估。

二、大型跨海桥梁评估技术与挑战

虽然桥梁结构健康监测技术已经获得了显著发展，但由于大型

跨海桥梁的建设难度比较复杂，特别是一些复杂的海底地貌，建

造中的材料和工程质量控制等问题也是在评估中需重点考虑的难

点。

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2.1大型跨海桥梁评估技术方法

结合桥梁的实际工作状况，在有效的信息获取和技术数据分析

的基础上，设计和实现一个完全自动化的大型跨海桥梁评估体系

是至关重要的。主要方法包括使用大型跨海桥梁核心构件的基准

式及优化方法来识别关键的变形和断裂风险因素，通过风洞试验

或计算库来预测关键施工环境的影响，以及应用结构优化技术来

优化桥梁的形状等。

2.2技术挑战

大型跨海桥梁评估技术的关键挑战之一是在桥梁衰老及受力变

形等情况发生前，能够快速、非破坏性地检测到其异常，并能指

出异常的原因。这方面的难点在于，大型跨海桥梁的构造复杂，

充满了许多未知的结构性瑕疵和损坏。同时，桥梁所受的环境条

件也是十分复杂的，比如强风和海浪等因素是很难完全预测和控

制的。

三、大型跨海桥梁结构健康监测与评估技术研究展望