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簡(jiǎn)單介紹一下香港橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以拋磚引玉。香港對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的稱呼為Wind and Structural Health Monitoring System，WASHMS，第一批建設(shè)了三座橋梁的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別是青馬橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TMB-WASHMS）、汲水門橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（LFC-WASHMS）和汀九橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TKB-WASHMS）。

圖1青馬控制區(qū)三座橋梁

圖2青馬橋傳感器布局圖

圖3汲水門橋傳感器布局圖

圖4汀九橋傳感器布局圖

建設(shè)這些WASHMS的目的有三個(gè)方面：（1）驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)假設(shè)和參數(shù)；（2）促使傳統(tǒng)橋梁養(yǎng)護(hù)（人工檢查為主）向基于傳感器的養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)型；（3）建立橋梁長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，分析結(jié)構(gòu)損傷，為今后設(shè)計(jì)新橋提供經(jīng)驗(yàn)參考，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)修編提供實(shí)際數(shù)據(jù)，同時(shí)為本地大學(xué)相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：（1）荷載方面，風(fēng)荷載、溫度荷載、交通荷載和地震荷載。（2）結(jié)構(gòu)特性，整體動(dòng)力特性和靜力影響線。（3）結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)，纜索拉力、幾何形態(tài)、應(yīng)力分布和疲勞壽命等。【我們?cè)诤髞?lái)的實(shí)踐中監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分成三類：荷載監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)耐久性監(jiān)測(cè)】

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理中心每年基于傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的分析，并出監(jiān)測(cè)報(bào)告，本人見到一份青馬橋梁2003年年度監(jiān)測(cè)報(bào)告圖表部分就達(dá)144頁(yè)。由于篇幅關(guān)系，下面列舉兩個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及數(shù)據(jù)分析。

（1）風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)。香港處于沿海地區(qū)，臺(tái)風(fēng)多發(fā)，橋梁風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)非常重要。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇了兩種風(fēng)速儀，塔頂用量程較大的雙向風(fēng)速儀，橋面出用的是三向超聲風(fēng)速儀。數(shù)據(jù)分析請(qǐng)見圖5，包括風(fēng)速風(fēng)向玫瑰圖、風(fēng)功率譜、風(fēng)攻擊角以及不同重現(xiàn)期最大風(fēng)速（可與最大設(shè)計(jì)風(fēng)速對(duì)比）。記得聽他們說(shuō)過(guò)，經(jīng)過(guò)幾次臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)，青馬橋?qū)崪y(cè)風(fēng)攻擊角比設(shè)計(jì)取值小。

圖5青馬橋梁風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)設(shè)備

圖5-2

圖5-3

圖5-4

圖5-5

圖5-6

（2）動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析。加速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)除了做些統(tǒng)計(jì)分析之外，主要用于結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，包括頻率和模態(tài)振型，基于動(dòng)力參數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別分析曾經(jīng)一度是監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

圖6青馬橋模態(tài)分析示意圖

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有人認(rèn)為，有結(jié)構(gòu)初始信息（又稱“原始指紋”），監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)于識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷效果要好。青馬橋通車之前做了靜力影響線側(cè)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性脈動(dòng)測(cè)試。

圖7青馬橋靜力影響線測(cè)試

圖7-2應(yīng)變影響線測(cè)試

圖7-3位移影響線測(cè)試

經(jīng)過(guò)青馬控制區(qū)三座大橋WASHMS建設(shè)及大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，香港積累了很多橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)在昂船洲大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)都得到了充分的吸收。昂船洲大橋的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)SCB-WASHMS無(wú)論從傳感器種類和數(shù)量、經(jīng)費(fèi)投入（據(jù)說(shuō)超過(guò)了一億港元），還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次劃分和數(shù)據(jù)分析等方面都達(dá)到了香港建設(shè)WASHMS的最高水平。單單該系統(tǒng)招標(biāo)文件中的specification部分就多達(dá)300頁(yè)（不包括傳感器布點(diǎn)圖）。

圖8昂船洲大橋WASHMS傳感器布點(diǎn)圖

昂船洲大橋WASHMS系統(tǒng)包括是個(gè)子系統(tǒng)，分別是：

（a）傳感器子系統(tǒng)，Sensor System（SS）；

（b）數(shù)據(jù)采集及傳輸子系統(tǒng)，Data Acquisition andTransmission System（DATS）

（c）數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Data Processing andControl System (DPCS);

（d）結(jié)構(gòu)健康評(píng)估系統(tǒng)Structural HealthEvaluation System (SHES)

但是基于對(duì)該系統(tǒng)的整體理解，各個(gè)子系統(tǒng)承擔(dān)的不同功能，在后來(lái)的工程實(shí)踐中，我們認(rèn)為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子系統(tǒng)如下劃分較為清晰合理：

（a）傳感器子系統(tǒng)，Sensor System（SS）；

（b）數(shù)據(jù)采集與控制傳輸子系統(tǒng)，Data Acquisition and ControlSystem（DACS）

（c）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，Data Transmission System（DTS）

（d）數(shù)據(jù)處理與展示子系統(tǒng)Data Processing and InterpretationSystem(DPIS);

（e）結(jié)構(gòu)健康評(píng)估系統(tǒng)Structural HealthEvaluation System (SHES)

這里不再詳細(xì)展開論述，感興趣的可以參閱昂船洲大橋WASHMS相關(guān)資料。