接受健康监测的世界著名桥梁

接受健康监测的世界著名桥梁

20世纪桥梁工程领域的成就不仅体现在预应力技术的发展和大跨度索支承桥梁的建造以及对超大跨度桥梁的探索，而且反映于人们对桥梁结构实施智能控制和智能监测的设想与努力。近20年来桥梁抗风、抗震领域的研究成果以及新材料、新工艺的开发推动了大跨度桥梁的发展；同时，随着人们对大型重要桥梁安全性、耐久性与正常使用功能的日渐关注，桥梁健康监测的研究与监测系统的开发应运而生。由于桥梁监测数据可以为验证结构分析模型、计算假定和设计方法提供反馈信息，并可用于深入研究大跨度桥梁结构及其环境中的未知或不确定性问题，因此，桥梁设计理论的验证以及对桥梁结构和结构环境未知问题的调查与研究扩充了桥梁健康监测的内涵。

80年代中后期开始建立各种规模的桥梁健康监测系统。例如，英国在总长522m的三跨变高度连续钢箱梁桥Foyle桥上布设传感器，监测大桥运营阶段在车辆与风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，同时监测环境风和结构温度场。该系统是最早安装的较为完整的监测系统之一，它实现了实时监测、实时分析和数据网络共享。建立健康监测系统的典型桥梁还有挪威的Skarnsundet斜拉桥（主跨530m）、美国主跨440m的SunshineSkywayBridge斜拉桥、丹麦主跨1624m的GreatBeltEast悬索桥、英国主跨194m的Flintshire独塔斜拉桥以及加拿大的ConfederatiotBridge桥。我国自90年代起也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的结构监测系统，如香港的青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥，内地的上海徐浦大桥以及江阴长江大桥等。

近年来，国内发生的几起大桥坦塌和局部破坏事故，使人们逐渐认识到桥梁结构健康监测的必要性和迫切性。以下是《ScientificAmerican》给出的工程师们正在部署传感器监测一些世界上最有名的桥梁

01纽约——布鲁克林大桥；THEBROOKLYNBRIDGE,NEWYORK,USA

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

02利川——金刚大桥；GEUMDANGBRIDGE,ICHEON,SOUTHKOREA

TheGeumdangBridgeinSouthKoreaisoneoftheworld’sfirsttoemploylowcostwirelesssensorstomonitorthebridge’sresponsetospeedingandoverloadedtrucks.

03台湾——集鹿斜拉桥；GI-LUCABLESTAYBRIDGE,TAIWAN

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

04旧金山——金门大桥；THEGOLDENGATEBRIDGE,CALIFORNIA,USA

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

05明尼苏达州——圣安东尼瀑布I35大桥；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——汲水门大桥；KAPSHUIMUNBRIDGE,HONGKONG,CHINA

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

07希腊——里翁-安提里翁大桥；RIO-ANTIRIOCHARILAOSTRIKOUPISBRIDGE,GREECE

Thesix-laneCharilaosTrikoupisBridgeinGreecelinksthetownofRiotothemainland,acrosstheGulfofCorinth.

Thetwo-mile(three-kilometer)bridgehasroughly300sensorsthatmonitoritsconditionandalertoperatorsifanearthquakeorhighwindswarrant

shuttingitdowntotraffic.SoonafteropeninginAugust2004,thesensorsdetectedabnormalvibrationsinthecablesholdingthebridge,whichledengineerstoinstalladditionalweighttodampenthecables.

08香港——青马大桥；TSINGMABRIDGE,HONGKONG,CHINA

TheTsingMaBridgeinHongKong—theworld'sseventhlongestsuspensionbridge,withtwodeckscarryingbothroadandrailtraffic—isoneofthemostheavilymonitoredbridgesintheworld.TheTsingMaBridgehasthemostloadedcablesofanybridgeintheworldandislocatedinanareasusceptibletotropicaltyphoons.Assuch,itisdesignedtoswayandbendandcanhandlewindspeedsupto212miles(341kilometers)perhour.GPSsensorsmountedonthetowersandcablesmeasurewindspeed.About100photonicsensorsareusedtomonitorthestrainonthebridge’scables.Thebridgehasacompletestructuralhealthmonitoringsystem.延伸阅读——<清溪长河>的《智能外衣确保桥梁安全》

当夏季越来越近的时候，准备出行的美国家庭也逐渐增多了起来，他们中的很多人都对途径桥梁的稳定性非常关心。

确保全美600,000座桥梁的安全，绝不是一件轻松的事情。这就是为什么工程师们正准备在交通量最大的结构上测试传感器的原因，这会使他们得到潜在风险的预报。

2007年8月，密西西比河上的明尼苏达I35大桥垮塌，给许多人以启示。这座在出行高峰期坍塌的桥梁事先没有任何预兆，13人死亡145人受伤。这座建于1967年，是一条八车道高速公路的一部分，预期寿命50年。开发者将责任归咎于连接钢梁之间的钢构件失效问题。

传感器或许会避免类似事件的发生。国家技术标准中心(NIST)和密歇根州运输部投资1900万美元，研究下一代桥梁监控系统。“有非常少的桥梁属于D级安全等级”，NIST高级技术负责人，“智能桥梁”的推广者MarcStanley如是说。

密歇根大学土木与环境工程学院的首席研究员JeromeLynch副教授认为，传感器技术因给桥梁“体检”而确保健康，会给桥梁的安全保障带来很大的不同。

Lynch和他的同事们