本站原创桥梁施工中,由于受气候、环境因素的影响,结构材料会被腐蚀和逐渐老化,长期的静、动力荷载作用,使其强度和刚度随着时间的增加而降低.这不仅会影响行车安全,更会使桥梁的使用寿命缩短.对桥梁结构的质量状况进行检测与监测,并在此基础上对其安全性能进行评估是桥梁运营日常管理的重要内容.桥梁质量监测具有十分重要的作用.
桥梁质量监测的概念
桥梁质量监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状态的监控与评估,为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号,为桥梁维护维修与管理决策提供依据和指导.
桥梁质量监测的内容
◎施工阶段的质量监测内容
大跨桥梁结构由于在施工阶段受到施工荷载或自然环境因素的影响而使结构变形或受力与成桥状态的设计要求不符,因此为确保施工中桥梁结构的安全和保证结构物的外形和内力状态满足设计要求,需在施工中对其进行质量监测.其监测的主要内容有：
1、几何形态检测.主要是获取已经完成的结构实际几何形态参数,如高程、跨度、结构或缆索的线形、构造物的变形和位移等.
2、桥梁结构的截面应力监测.这是桥梁施工阶段安全监测最重要的内容,包括混凝土应力、钢筋应力和钢结构应力的监测,它是桥梁施工过程的安全预警系统.
3、索力监测.大跨径桥梁采用斜拉桥和悬索桥等缆索承重结构越来越普遍,斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆索及吊索的索力是设计的重要参数,也是桥梁安全监测的主要监测内容.
4、预应力监测.主要对预应力筋的张拉真实应力、预应力管道摩阻导致预应力损失以及永久预应力值进行监测.
5、温度监测.对大跨径桥梁,特别是斜拉桥或悬索桥,其温度效应十分明显,斜拉桥的斜拉索随温度变化的伸缩,将直接影响主梁的标高；悬索桥主缆索的线形也将随温度而变化,此时对温度进行监测十分必要.
6、下部结构的监测.对于斜拉桥和悬索桥等特大型桥梁,其构筑物基础分布集中,荷载集度通常非常大,因而必须对地基的内外部变形、地锚的应力以及主塔桩基的轴力等进行监测.
桥梁监测方法
◎基于动力的质量监测方法
目前研究中的大部分桥梁结构质量监测方法,集中于使用动力响应来检测和定位损伤,因为这些方法是整体的检测方法,可以对大型的结构系统进行快速的检测.这些基于动力学的方法可以分为如下四类：①空间域方法,②模态域方法,③时域方法,④频域方法.
2联合静动力的质量监测方法
静力参数（位移与应变等）是根据静力荷载如在桥上缓慢移动的车辆引起的变形进行量测.在许多情况下,施加静力荷载比动力荷载更为经济,对于状况评估,许多应用只需要单元刚度.在这些情况下,静力测试和分析即简单又经济.通常的桥梁监测中都需要监测静态应变（和动态应变）、静力位移（和动挠度）以及相应的环境温度、湿度和风荷载.
桥梁安全预警技术及结构质量状态评估技术
研究基于监测信息的重大工程结构实时损伤推断与定位、实时模型修正与安全评定的理论和方法、以及结构安全预警的多水平准则,建立典型重大工程结构损伤识别与安全评定的标准试验模型,为重大工程结构的质量监测与安全预警提供理论、方法和统一的检验平台.主要研究内容如下：
◎结构实时损伤推断、定位与模型修正的理论和方法
1、境时变作用模型研究.（a）研究昼夜温差变化与季节温差变化的幅值及其循环作用的次数,研究温度对连续刚构桥梁静动力特性的影响；（b）预应力对超静定结构动力特性的影响目前还没有明确的结论,对于既有桥梁结构,预应力随时间而变化的,需要研究预应力效应变化及其对桥梁动力特性的影响.
2、复杂结构损伤的子结构、分散化识别方法：针对大型拉索式桥梁结构等具有明显子结构特征（如拉索、桥面和桥塔等相对独立又有机联系的子结构体系）的重大工程结构,研究结构局部损伤、子结构损伤和分散化损伤推断――分析和识别及其两者相结合的方法；研究以局部信息为先验知识和以整体信息为先验知识的结构损伤识别的信息融合方法.
3、基于非物理模型的结构损伤识别方法：采用现代信号处理技术和人工智能方法,研究基于非物理模型的结构损伤识别方法,主要包括小波包变换分析方法、Hilbert-Huang变换分析方法、神经网络方法等,建立小波包能量谱等结构损伤指纹；研究非物理模型的结构损伤特征与有物理模型的结构损伤特征的关系与相互转化的条件和方法.
4、结构模型修正的理论与方法：在结构损伤推断与定位的基础上,研究结构模型修正的优化目标函数和约束条件；研究子结构模型修正方法,从单元到单元、整体到单元的模型修正方法,基于局部和整体性态变量一致性的结构模型修正方法,以及概率模型修正方法.
◎结构健康状态评定的理论与方法
1、结构安全评定的荷载标准：桥梁评估显然不同于桥梁设计,设计荷载标准是基于统计分析综合得到的,而实桥实际经历的荷载显然不同于预期的设计荷载,可能发生超载,还有不同轴重的概率分布和交通流量等.因此制定桥梁评估的荷载标准就显得特别重要.研究基于环境条件监测的结构极值环境作用；研究结构设计使用期和后续服役期的随机环境荷载等概率超越准则以及以此为准则的结构安全评定荷载标准；研究地震、强风和海浪等具体的评定荷载标准.
2、典型重大工程结构累积损伤与抗力衰减的关系：针对大型拉索式桥梁结构以及固定式钢质导管架海洋平台结构,研究结构关键构件累积损伤的规律、结构构件和整体性能退化规律和抗力衰减模型.
3、结构实时安全评定：结合典型重大工程结构,研究易损性构件和重要性构件与结构失效模式和相应极限承载能力的关系；研究结构重分析和极限承载能力分析的高效快速方法,以及基于当前监测确定的极限环境作用和极限强度模板映射的结构实时安全评定方法；研究基于当前结构损伤状况和评定荷载标准下的结构安全评定方法.
4、桥梁剩余使用寿命预测.由于影响既有桥梁剩余寿命的因素很多,包括混凝土的碳化、钢筋锈蚀、超载运营等等,各个影响因素之间互相影响,目前针对既有公路桥梁的抗力衰减模型虽有一定的参考资料,但是超载导致的疲劳损伤和钢筋导致的锈蚀等多因素耦合的桥梁抗力衰减模型还有待进一步的研究.
◎结构安全预警的多水平准则
1、警水平决策：结合典型重大工程结构,研究结构的失效机理、失效模式和最小安全余度；根据结构不同状态的功能,研究结构多级安全预警水平设立准则、标准和基于损伤过程控制的阀值调整方法.
2、验知识的结构安全预警方法：研究根据结构易损性分析、结构失效路径和临界状态、损伤指纹的结构安全预警方法,研究快速预测结构灾变响应的理论与方法.
3、大桥梁安全预警系统.
桥梁质量监测意义
◎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.
◎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检测定具有重要意义.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.
作者单位：太原路桥建设有限公司