桥梁专家是如何像医生一样实时监测着大桥健康的
2014-04-08 来源：360文库
浩浩江河之上，越来越多的桥梁飞跨两岸。这些桥梁的安全性如何保障？“健康”状况由谁诊断？中铁大桥局桥科院，作为国内唯一专门从事桥梁科学研究的单位，拥有丰富的护桥经验和先进的安全检测技术，更有诸多令人称奇的高科技“尖板眼”。比如，一个看似不起眼的大桥“减振器”，是如何让悬索桥梁不再“风吹草动”的？桥梁专家又是如何像医生一样实时监测着大桥健康的……近日，记者专程来到中铁大桥局桥科院进行探秘。
悬索桥上加装“减振器”
6级大风下“纹丝不动”
斜拉桥、悬索桥这种桥型，因跨度大、造型美观、经济实用等特点，被越来越广泛应用。但这种桥型抗风、抗振性能较弱，如果安全措施不到位，就会影响桥梁自身的舒适性、耐久性。
1940年建成通车的美国塔科马桥，开通使用后仅4个月就被风吹毁，成为世界桥梁史上的一场悲剧。塔科马桥全长1810米，主跨853米，宽12米，离水面高59米，只有两个车道，是那个年代最长的悬索大桥。大桥通车后不久，人们就发现此桥有一个很特别的地方，就是每当大风起时，桥就会“迎风跳舞”，当时很多人还把这当奇景专门跑来观看。可是好景不长。1940年11月7日，河上的风突然变了方向和速度，以至于引发了桥梁的扭曲共振。最终，桥面在经过了40多分钟的振荡后解体。汀轩
此后，世界斜拉桥、悬索桥的建设一度停滞。上世纪80年代末，有人提出设想，能否在斜拉桥、悬索桥上安置一些构件，帮助桥梁提高抗风能力？
然而，就在这个设想提出后仅仅几年，中铁大桥局桥科院的技术人员们便成功地研发了荣获国家科技进步三等奖的“大桥减振器”，将设想变成了现实。有关专家介绍，将桥科院研发的“减振器”安装在斜拉索或悬索上，可以有效化解风力产生的振动。
刚刚于9月28日正式建成通车的鄂东长江大桥，被称为世界第二大混合梁斜拉桥，其中最长斜拉索长达494米，极易在风雨、地震及交通等外界作用下产生大幅发散振动。桥科院为大桥较长的200根斜拉索，安装上了外置式粘性剪切型阻尼减振器，经过测试，在六级左右的大风作用下，肉眼看不到斜拉索振动。ps中国
目前，桥科院根据不同的桥梁结构、不同需求，先后研发了六种不同种类的“减振器”，并且均取得国家专利授权，已在武汉长江二桥、武汉天兴洲长江大桥、杭州湾跨海大桥、京沪高铁南京大胜关长江大桥、九江长江大桥、深圳仿艾菲尔铁塔、印尼苏马拉都大桥等几十座大型桥梁结构上应用，成为这些桥梁抗击外力振荡的“安全阀”。
大桥“脑电波”和“心电图”近在咫尺
远程监测系统呵护健康
一名工作人员打开电脑，输入密码后，很快，武汉阳逻大桥的各项数据便清晰地呈现在眼前。“这些数据就好像是人的‘脑电波’、‘心电图’、‘肝功能’一样，清楚地显示阳逻大桥目前‘身体’的各项指标均很健康。”工作人员指着电脑上不断闪烁的光标和数据告诉记者。
这套能远程监测大桥健康状况的系统，被称为“桥梁健康监测系统”，其开发者正是中铁大桥局桥科院。该院一位专家告诉记者，普通路面如果受外力损伤，顶多是路面坑洼，而桥梁一旦内部有损伤出现隐患，后果则不堪设想。以往针对桥梁的检测大多是日常巡查，仅能通过目测发现桥的表面伤情，不能及时了解“内伤”状况，而定期的专业勘查，则动辄需要封桥封路，影响交通。
桥梁长期健康监测是一项新兴技术，它是通过在桥梁各主要构件的关键部位布置高可靠性和耐久性的各类传感器，包括空气温度、湿度、加速度传感器，以及振动式索力计等装置，实时监测桥梁的动态数据，大桥一旦有“风吹草动”——比如因车辆超载超限或因撞击等外力作用，导致桥面、索杆等结构受力发生异常等，设在桥梁现场的数据采集工作站就会根据预设指标，发出橙色或红色预警，技术人员在办公室内即可发现，保证及时做出反应，确保桥梁运营安全。
桥科院从上世纪90年代，就开始研究桥梁健康监测相关的测试技术、分析评估技术，基本完成了桥梁健康监测系统研究。目前，该院已为阳逻大桥、军山大桥等十余座大桥建立了长期健康监测系统。在研究阳逻长江大桥长期健康监测平台时，桥科院自主研发了温度测试系统实现计算机自动采集，全桥2000米范围内88个测点的数据，可以在1分钟之内全部采集并记录。
十多年开出700万字“处方”
桥梁医院力保“亚洲第一大桥”
桥科院有关专家介绍，当前我国路桥建设正进入跨越式发展时期，投资额逐年递增。然而由于车辆大幅度超载现象普遍，再加上一些政府部门重建轻修，使得道路上横亘着不计其数的病桥和危桥。近年来，各地频繁发生的桥梁垮塌事故，给国家和人民生命财产安全造成了重大损失。国家交通部门的统计显示：截至2008年底，我国共有各类大小桥梁30多万座，其中近半数正在带病运行。
此外，国内有大量运营了几十年甚至近100年的老桥，由于年代久远、荷载等级提高等原因，使得一些桥梁的剩余使用年限和承载能力成为未知，而安全运营又要求这些指标满足一定要求。
那么，怎样才能准确诊断桥梁病情？病桥是否已病入膏肓需要拆除，还是经过强筋健骨的康复疗法后可以继续使用？这些需要通过哪些条件进行判断？
从上世纪90年代初开始，桥科院便在国内率先开展了这方面的研究，并于2002年底成立名为“桥科院桥梁建筑结构诊治有限公司”的“专业桥梁医院”，对桥梁建筑结构提供检测、评估、加固设计与施工一条龙服务。这也是国内首家可以提供一条龙服务的桥梁加固公司。
对病桥进行诊断，同样需要在桥上安装各种传感器，就像医生使用听诊器等对病人身体进行检测一样，然后对检测得来的数据信息进行会诊，并通过各项模拟试验，为桥梁开出详细的处方和治疗方案。
1995年，济南洛口黄河大桥邀请国内专家对大桥进行剩余寿命评估。当时，多数评估单位都认为大桥使用寿命已到，应该立刻拆除。而桥科院经过各项科学评估后认为，这座大桥经过康复疗法进行改造加固后可以继续使用。最终，有关单位采纳了桥科院的方案，使这座有“亚洲第一大桥”之誉的老桥避免了拆除的命运。至今，济南洛口黄河大桥仍在安全使用。“对病桥的诊断一定要科学并立足实际，不能搞简单化的休克疗法。挽救病桥如同挽救病人的生命，就像医生在面对是否截肢的选择时一定要慎重，不到万不得已不要轻易动刀。”一位专家告诉记者。
十几年来，武汉“桥梁医院”派出多个小分队奔赴大江南北，先后为钱塘江大桥、杭州湾跨海大桥、武汉阳逻长江大桥、广州珠江黄浦桥、汕头海湾大桥等几百座桥梁进行体检，开出总计约700万字的养护处方。
2000年，桥科院对我国自行设计、建造的第一座公铁两用桥——钱塘江一桥，开展了病害、承载力检测评估及维修加固设计和施工，使这座饱经战火摧残的大桥又焕发了青春。
“临床试验”阻断设计风险
仿真模型为建桥提供科学依据
在中铁大桥局桥科院的陈列厅里，武汉长江二桥、九江长江大桥、杭州湾跨海大桥……这些桥梁试验模型，安静地耸立着。那逼真的斜拉索、精巧的钢制桥身，仿佛向人们展示着一座又一座桥梁在诞生之前的最原始形态。身处这里，仿佛是在一个桥梁摇篮中徜徉。
一座桥梁在设计完成后，设计中是否存在缺陷，哪些设计在具体施工中会遇到困难等，都需要通过模型试验，进行全仿真性科学验证。就好比一种新药或新的诊疗技术问世后，都需要先进行临床试验一样。
