桥梁强震动监测、仿真和安全诊断应用研究和展望

姜 慧 王克海 李雪艳 王立新

1）广东省地震局，广州 510070

2）交通运输部公路科学研究所，北京 10088

3）暨南大学，广州 510632

在国内外众多破坏性地震中，几乎都有程度不等的桥梁破坏，如倒塌、桥墩倾斜、偏移或沉陷等。本研究的是改进和完善多通道强震动数据采集器的软硬件功能，研发拥有自主技术、价格便宜的多通道数字采集设备；在对国内外桥梁数据分析和结构健康诊断、损伤识别方法综合调研分析的基础上，从理论分析、数值模拟、实验研究及实际桥梁检验4个方面对运营桥梁展开研究；基于实桥实验及观测数据，研发一套可视化的有限元分析与评价软件系统，提供强震监测实际结果与理论计算结果的可视化对比显示，提出符合现行规范的桥梁抗震性能评价结果，为业主决策提供技术支持；研究桥梁监测数据实时接收、汇集与显示技术，及数据分析、有限元分析等子系统与数据库连接的方法与调用技术，开发桥梁监测、安全评估与可视化技术集成的服务平台。

1 研究方法

（1）桥梁强震动监测关键技术。通过完善自主研发的多通道强震动数据采集器的各项软硬件功能，为桥梁强震动监测提供拥有自主技术、物美价廉的多通道数字采集设备；通过在强震区架设实桥监测系统、开展振动台模型实验和野外废弃桥梁试验，验证其他协作任务提出的安全诊断分析方法和有限元模拟仿真的可靠性，并为大型桥梁的抗震设计和加固提供基础数据。

（2）桥梁结构数值仿真与抗震性能评价系统。桥梁结构有限元分析与抗震性能评价系统研究方法主要包括：系统功能需求分析；系统数据结构分析；前处理模块研发；计算模块研发；评价模块研发；后处理模块研发；用实桥监测数据对软件系统进行测试与验证。

（3）桥梁强震动监测数据分析和健康评估方法。在对国内外桥梁数据分析和结构健康诊断、损伤识别方法综合调研分析的基础上，从理论分析、数值模拟、实验研究及实际桥梁工程实施4个方面对运营桥梁展开研究，提出一套对运营桥梁较为有效的强震动监测数据分析和性能评估的方法，在发生地震或船只、重车撞桥等事件后，对桥梁的健康现状做出快速评估。主要是通过研究桥梁结构在各种环境荷载下的振动特性，发展和完善适合于运营桥梁强震动监测系统记录数据的分析方法，基于实际桥梁长期监测数据分析结果，从桥梁振动响应中建立健康评估指标来指示结构的健康状态，并利用实验室模型实验、振动台实验、实际桥梁数据检验所提出健康评估方法的有效性和可靠性。

（4）桥梁监测与评估系统集成与可视化系统。在大型区域地震台网处理系统的平台上，根据各子系统软件的特殊需要，制定标准数据交换格式，便于与子系统软件（包括计算分析软件MATLAB、结构分析软件ANSYS或专门的桥梁结构分析软件和数据库系统等软件）的对接，并编制核心的接口软件,完成对所有子系统软件的运行和调用，实现系统集成。在大型区域地震台网处理系统JOPENS的架构上，使用与系统平台无关的JAVA语言开发桥梁强震动监测与评估系统，实现接收、存储并分析处理多通道数据采集器发回的实时桥梁振动信息，并针对不同用户需求，开发友好的可视化用户界面。

2 成果展望

（1）在对现有进口多通道强震动数采仪研究的基础上，通过部分硬件改进、部分数据采集软件的研发，有望改造出拥有自主技术的、价格便宜一半的多通道强震动数据采集器，（2）研发“桥梁结构数值仿真与评价系统”软件，并获得软件著作权。（3）完成“桥梁强震动监测数据分析和健康评估方法”的研究。

（4）编制“桥梁强震动监测技术规程”，与《公路桥梁抗震性能评价细则》联合使用，将使桥梁强震动监测、仿真和安全诊断在工程中应用规范化。