接受健康監(jiān)測的世界著名橋梁

接受健康監(jiān)測的世界著名橋梁

20世紀橋梁工程領域的成就不僅體現(xiàn)在預應力技術的發(fā)展和大跨度索支承橋梁的建造以及對超大跨度橋梁的探索，而且反映于人們對橋梁結構實施智能控制和智能監(jiān)測的設想與努力。近20年來橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料、新工藝的開發(fā)推動了大跨度橋梁的發(fā)展；同時，隨著人們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應運而生。由于橋梁監(jiān)測數(shù)據可以為驗證結構分析模型、計算假定和設計方法提供反饋信息，并可用于深入研究大跨度橋梁結構及其環(huán)境中的未知或不確定性問題，因此，橋梁設計理論的驗證以及對橋梁結構和結構環(huán)境未知問題的調查與研究擴充了橋梁健康監(jiān)測的內涵。

80年代中后期開始建立各種規(guī)模的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如，英國在總長522m的三跨變高度連續(xù)鋼箱梁橋Foyle橋上布設傳感器，監(jiān)測大橋運營階段在車輛與風載作用下主梁的振動、撓度和應變等響應，同時監(jiān)測環(huán)境風和結構溫度場。該系統(tǒng)是最早安裝的較為完整的監(jiān)測系統(tǒng)之一，它實現(xiàn)了實時監(jiān)測、實時分析和數(shù)據網絡共享。建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的典型橋梁還有挪威的Skarnsundet斜拉橋（主跨530m）、美國主跨440m的SunshineSkywayBridge斜拉橋、丹麥主跨1624m的GreatBeltEast懸索橋、英國主跨194m的Flintshire獨塔斜拉橋以及加拿大的ConfederatiotBridge橋。我國自90年代起也在一些大型重要橋梁上建立了不同規(guī)模的結構監(jiān)測系統(tǒng)，如香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋，內地的上海徐浦大橋以及江陰長江大橋等。

近年來，國內發(fā)生的幾起大橋坦塌和局部破壞事故，使人們逐漸認識到橋梁結構健康監(jiān)測的必要性和迫切性。以下是《ScientificAmerican》給出的工程師們正在部署傳感器監(jiān)測一些世界上最有名的橋梁

01紐約——布魯克林大橋；THEBROOKLYNBRIDGE,NEWYORK,USA

TheBrooklynBridge,openedtotrafficin1883,isoneofNewYorkCity'siconicbridgesandconnectslowerManhattantoBrooklyn.The126-year-oldbridgenowhasfiberopticsensorsthatmeasuredisplacementandtemperature,saysBojidarYanev,executivedirectorofbridgeinspectionandbridgemanagement,NewYorkCityDepartmentofTransportation.

02利川——金剛大橋；GEUMDANGBRIDGE,ICHEON,SOUTHKOREA

TheGeumdangBridgeinSouthKoreaisoneoftheworld’sfirsttoemploylowcostwirelesssensorstomonitorthebridge’sresponsetospeedingandoverloadedtrucks.

03臺灣——集鹿斜拉橋；GI-LUCABLESTAYBRIDGE,TAIWAN

TheGi-LuCable-StayBridgeinTaiwanhaswirelesssensorsandaccelerometersthatmonitoritsstructuralhealth.ItspanstheJuoSheui,thelongestriverinTaiwan,andfeaturesasingleconcretepylonrising190feet(58meters)abovethedecksupporting68steelcables.Thebridgeis787feet(240meters)longwiththepyloninthecenterofthemainspan.ThestructuralhealthmonitoringisdonebyaninternationalgroupofresearchersledbyC.H.LohofNationalTaiwanUniversity.

04舊金山——金門大橋；THEGOLDENGATEBRIDGE,CALIFORNIA,USA

TheGoldenGateBridgespanstheopeningofSanFranciscoBayintothePacificOcean.TheSanAndreasFaultrunscloseby,andtheareaissusceptibletomajorearthquakes.WhiletheGoldenGateBridgedoesnothaveanoverallsensor-basedhealthmonitoringsystemlikethenewI-35AnthonyFallsBridgeinMinneapolis,itdoeshaveearthquakesensors.Itisalsocurrentlybeingseismicallyretrofitted,withaplannedcompletiondatein2012.

05明尼蘇達州——圣安東尼瀑布I35大橋；STANTHONY'SFALLSI-35BRIDGE,MINNEAPOLIS,USA

TheSt.Anthony'sFallsBridge,thenewI-35bridgethatreplacedthebridgethatcollapsedinMinneapolisin2007,hasanembeddedearlywarningsystemmadeupof323networkedsensors—wireandfiberopticstrainanddisplacementgauges,accelerometers,potentiometers,andcorrosionsensors.Theyarebuiltintothespanandmonitoritforstructuralweaknesssuchascorrodedconcreteandoverlystrainedjoints.Temperaturesensorsembeddedintheroadwaysetoffananti-icingsystemthatsprayspotassiumacetateonthesurfacewhentheweatherturnscold.AtrafficmonitoringsystemalertstheMinnesotatransportationdepartmenttoreroutetrafficoverthe10-lanebridgeincaseofanaccidentorovercrowdingonthespan.Thecostforalltheelectronicsandtechnologywasabout$1million,asmallfractionofthebridge's$234millionpricetag.

06香港——汲水門大橋；KAPSHUIMUNBRIDGE,HONGKONG,CHINA

TheKapShuiMunBridgeisthesecondlongestcable-stayedbridgeintheworld.LiketheTsingMaBridge,ithastwodecksandisheavilymonitoredusingsensors,includingaccelerometers,straingauges,anemometers,weigh-in-motionandtemperaturesensors.

07希臘——里翁-安提里翁大橋；RIO-ANTIRIOCHARILAOSTRIKOUPISBRIDGE,GREECE

Thesix-laneCharilaosTrikoupisBridgeinGreecelinksthetownofRiotothemainland,acrosstheGulfofCorinth.

Thetwo-mile(three-kilometer)bridgehasroughly300sensorsthatmonitoritsconditionandalertoperatorsifanearthquakeorhighwindswarrant

shuttingitdowntotraffic.SoonafteropeninginAugust2004,thesensorsdetectedabnormalvibrationsinthecablesholdingthebridge,whichledengineerstoinstalladditionalweighttodampenthecables.

08香港——青馬大橋；TSINGMABRIDGE,HONGKONG,CHINA

TheTsingMaBridgeinHongKong—theworld'sseventhlongestsuspensionbridge,withtwodeckscarryingbothroadandrailtraffic—isoneofthemostheavilymonitoredbridgesintheworld.TheTsingMaBridgehasthemostloadedcablesofanybridgeintheworldandislocatedinanareasusceptibletotropicaltyphoons.Assuch,itisdesignedtoswayandbendandcanhandlewindspeedsupto212miles(341kilometers)perhour.GPSsensorsmountedonthetowersandcablesmeasurewindspeed.About100photonicsensorsareusedtomonitorthestrainonthebridge’scables.Thebridgehasacompletestructuralhealthmonitoringsystem.延伸閱讀——<清溪長河>的《智能外衣確保橋梁安全》

當夏季越來越近的時候，準備出行的美國家庭也逐漸增多了起來，他們中的很多人都對途徑橋梁的穩(wěn)定性非常關心。

確保全美600,000座橋梁的安全，絕不是一件輕松的事情。這就是為什么工程師們正準備在交通量最大的結構上測試傳感器的原因，這會使他們得到潛在風險的預報。

2007年8月，密西西比河上的明尼蘇達I35大橋垮塌，給許多人以啟示。這座在出行高峰期坍塌的橋梁事先沒有任何預兆，13人死亡145人受傷。這座建于1967年，是一條八車道高速公路的一部分，預期壽命50年。開發(fā)者將責任歸咎于連接鋼梁之間的鋼構件失效問題。

傳感器或許會避免類似事件的發(fā)生。國家技術標準中心(NIST)和密歇根州運輸部投資1900萬美元，研究下一代橋梁監(jiān)控系統(tǒng)?！坝蟹浅Ｉ俚臉蛄簩儆贒級安全等級”，NIST高級技術負責人，“智能橋梁”的推廣者MarcStanley如是說。

密歇根大學土木與環(huán)境工程學院的首席研究員JeromeLynch副教授認為，傳感器技術因給橋梁“體檢”而確保健康，會給橋梁的安全保障帶來很大的不同。

Lynch和他的同事們