1概述
中國交通運輸業的快速發展為道路橋梁建設提供了良好的機遇。不同結構形式的大跨度懸索橋、斜拉橋、拱橋和連續剛構橋相繼建成。目前，在役橋梁總數已達80多萬座，標誌著我國橋梁技術進入世界先進行列。然而，橋梁所處的環境相對惡劣，受到很多人為和自然災害的影響，橋梁管理的缺失和有限的人力物力使得橋梁老化和損壞更加嚴重。為了滿足交通需要，充分利用現有橋梁，安全服務社會，有必要對橋梁，特別是年久失修的橋梁進行評估，了解橋梁的工作狀況，預測其承載能力。
這包括橋梁質量檢測、結構檢算，必要時進行荷載試驗，稱為橋梁檢測評估。目的是了解橋梁存在的各種病害，獲取關鍵部位的應力(應變)、變形、位移或沈降等重要數據，通過計算、分析和研究，確定橋梁結構的病害原因、實際承載能力和剩余壽命，為橋梁維修提供依據。通常橋梁結構的檢測項目有:橋面系檢測、鋼筋混凝土和預應力混凝土梁或鋼梁檢測、砌體和鋼筋混凝土拱及拱上建築物檢測、橋梁支座檢測、橋梁下部結構檢測、橋梁水文及整治結構檢測、結構裂縫檢測等。橋梁結構檢查是以橋梁結構的相關規範、設計依據或竣工資料為依據，也可根據檢查結果對橋梁結構的主要控制截面和薄弱部位進行檢查，以評價橋梁結構的承載能力及其適用條件。橋梁荷載試驗是對橋梁結構進行直接荷載試驗的科學試驗。在橋梁檢測和結構計算結論的基礎上，進行橋梁荷載試驗，獲取實測數據，分析評價橋梁承載能力。
2斜拉索索力的檢測
斜拉橋的結構主要由三部分組成，斜拉橋主梁上的恒載和活載通過拉索傳遞給橋墩或橋臺。索力檢測包括索力檢測、錨固區檢測、索塔塔頂位移檢測、主梁標高測量、典型部位日常變化跟蹤觀測等。斜拉索索力的檢測是這種包含柔性構件的結構的特點之壹。通過精確測量索力，可以全面掌握整個橋梁結構的受力狀態。斜拉橋成橋後索力的檢測方法有頻率法、磁通量法和光纖光柵法。光纖光柵法中使用的傳感器是用紫外光照射光纖的側面或用其他方法寫入，使這個範圍內的折射率沿光纖軸向周期性變化，然後通過周期性變化的光柵反射波長的移動來感知外界物理量的變化。這種測量技術的特點是體積小、線性度高、重復性好、抗電磁幹擾和腐蝕能力強、絕對測量和響應速度快。它是壹種理想的高精度結構健康監測技術。但是目前這種方法還沒有得到廣泛的應用和推廣，所以價格太高。
磁通量法是壹種無損測量索力和監測斜拉索腐蝕程度的方法。這種方法的使用是預先將磁通環作為傳感器放在傾斜的索上，通過測量磁通的變化，根據索力與磁通的關系計算索力。磁通法使用的傳感器材料是電磁的，由兩層線圈組成，所以不會影響電纜的任何機械物理特性，幾乎不受除溫度以外的其他幹擾因素的影響，因此比其他檢測方法具有更高的精度。缺點是不適用於沒有嵌入式傳感器的電纜測量。此外，傳感器和測試儀器非常昂貴。大跨度斜拉橋的斜拉索壹般有幾百根甚至幾百根。如果每根電纜都配備磁通量傳感器，成本太高。目前有壹種新型的磁通傳感器，由兩個半環組成。檢測索力時，可隨時隨地扣在斜拉索外，可大大降低檢測成本。而半環合成磁通傳感器靈敏度很低，不穩定，還處於研制階段，沒有實際工程價值。
索力檢測采用頻率法，即通過加速度傳感器拾取拉索在人工或環境激勵下的隨機振動信號，得到實時的時域圖。然後通過FFT將時域圖轉化為斜拉索的頻譜圖，確定斜拉索的各階固有頻率。根據索力與固有頻率的對應關系，得到實測索力。頻率法是壹種間接測量索力的方法，其準確性依賴於高靈敏度的拾振技術和索力與頻率的精確關系。測試時，加速度傳感器簡單地固定在斜拉索上，可以同時檢測單根或多根拉索的受力情況。由於不需要預埋傳感器，不僅適用於在建橋梁，也適用於橋梁竣工檢測和長期監測，特別是對於沒有提前預埋其他傳感器的舊橋檢測，幾乎是唯壹的選擇。無嵌入式加速度傳感器，可重復使用，成本低，精度好，是當今應用最廣泛的索力檢測手段。用振動頻率法求索力可以保證斜拉索的安全。因為斜拉橋的實際索力只有斜拉索極限強度的40%左右，只要斜拉索沒有被腐蝕，錨固區沒有松動或損壞，斜拉索壹般不會有問題。然而，要完全了解斜拉索的工作狀態還遠遠不夠。現有的研究工作指出剛度、垂度、仰角、風力、雨雪等因素對自振頻率有影響。為了正確把握拉索的索力，還應該考慮消除這些因素。
3號索塔頂部位移檢測
斜拉橋橋面上的交通荷載、主梁自重和各種設施的重量都由傳至索塔的拉索承擔。斜拉橋的橋塔除了根部和基礎的剛性固結外，沒有其他約束。索塔自重的所有索力都是索塔的荷載。索力的作用是沿索的軸線，其水平分力是使塔水平移動。通常，索塔的平衡是利用塔軸對稱兩側的索力來維持的。由於建築材料的不均勻和施工過程中的誤差，很難保證橋塔兩側索力的完全對稱，從而導致橋塔偏移。因此，塔頂的定位是保證塔身有無偏移的重要措施。特別是考慮到索塔的長細比，索塔雖然有壹定的剛度，但仍然是壹個細桿件。根據結構分析，索塔可視為懸臂構件，索塔的位移最為顯著。
索力變化對索塔水平位移的影響不可低估。此外，無論是鋼塔還是混凝土塔，受溫度影響都很大。我國大部分溫度，比如冬夏之差、晝夜之差、白天陰陽之差，都會對索塔產生溫度效應。進壹步考慮風、雨、雪的影響，索塔頂部實際上是不停擺動的。利用現有的測量儀器，如全站儀、GPS等設備，檢測索塔頂部的位移是沒有問題的。但只有盡力排除這些綜合因素，實測的索塔位移才是索塔的真實受力狀態。
現有研究表明，在實際檢測中，可以在典型時段內對塔頂進行連續跟蹤測量，同時監測溫度、風力、風向等環境數據。如果可能的話，最好檢測相應斜拉索的索力，然後總結出塔頂位移與這些因素的關系，最後給出索塔塔頂位移的真實檢測值。
4結構運行期間的模擬計算
橋梁結構仿真技術的應用越來越廣泛，已經成為橋梁工程設計、施工監控和檢測中不可或缺的重要環節。斜拉橋仿真計算是建立壹個完整的能全面正確反映橋梁結構真實性的有限元仿真模型，根據斜拉橋的結構特點和力學特性進行計算分析，以代替部分實際工作，減少部分實際工程工作量。
在建立斜拉橋仿真模型的過程中，計算模式和計算理論的選擇應能準確模擬承重構件的空間位置、尺寸、材料特性、連接形式和荷載作用。然後對全橋的結構效應進行了大規模的分析計算，得到了較為詳細、準確、可靠的分析結果。在建模過程中，單元的合理選擇和劃分以及邊界條件的正確模擬是真實反映橋梁實際狀態的關鍵。基於有限元仿真模型的結構理論計算結果與斜拉橋實際檢測結果的對比分析，可以相互驗證，找出存在的誤差，為以後的修正和更精確的建模提供依據，為以後的檢測工作提供指導，從而達到代替部分斜拉橋檢測工作的目的。
斜拉橋在結構運行過程中的仿真計算不僅要考慮正確的建模，還要考慮斜拉橋的動力因素。在斜拉橋的正常使用中，由於荷載和環境因素的影響，主梁的標高和索塔的位置並不固定。因此，在仿真計算中，有限元分析中各單元節點的坐標應根據實際工作狀態進行調整。此外，隨著時間的推移，材料會逐漸老化損壞，分析中也要考慮材料性能的下降。這些原因要求模擬計算必須與實際檢測相結合，才能真實準確地反映斜拉橋的受力狀態。
表1是壹座斜拉橋從1997到2002年的五次高程測量結果。按照動力學建模的思路，在這五個時間段計算的有限元數據中，要根據實際檢測值代入節點17的坐標，這才是橋梁的真實結構尺寸。
另外，建模過程中要考慮的動力參數有索塔(尤其是塔頂坐標)、索力等。只有綜合這些因素，才能保證仿真分析得出的結論切實可行，有意義。
5研究展望
通過對斜拉橋實際受力狀態的檢測，可以為橋梁使用和維修加固的安全性和可靠性提供科學依據、積累和必要的技術數據。此外，通過建立斜拉橋健康檔案數據庫，可以進壹步完善和發展橋梁結構的設計計算理論。
隨著科學技術的發展，各種橋梁的設計和施工以及建築材料的性能都在不斷提高，但安全性仍然是壹個不容忽視的問題。例如，斜拉索的壽命是斜拉橋安全的關鍵之壹。人們最關心的是如何防止斜拉索的腐蝕，以及錨固區的結構損傷和抗疲勞性能。近年來，雖然斜拉索的防腐措施不斷完善，錨固區結構的設計和施工方法也有所改進，但橋梁結構在很長壹段時間內仍會經歷風雨。因此，只有通過索力檢測才能知道斜拉索的安全性是最可靠的。同樣，對整個結構的檢測仍然是今後保證橋梁安全的重要措施。
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