日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(13)

图9 Hakucho大桥桥塔的振动控制系统。（a）钟摆式控制装置；（b）在Hakucho大桥桥塔上的安装位置（单位：mm）。T.P：高度
为了确保安装在大跨度桥梁上的控制系统能发挥预期的作用以及能提供与控制系统性能相关的反馈信息，监测系统是很重要的。表1列出了一些在施工阶段采用了主动控制方法的大跨度桥梁。
（五）极端情况下的桥梁监测
与欧洲和北美等世界其他发达地区相比，日本是世界上被公认的自然灾害多发的国家。强烈的地震活动以及季节性强风和台风的频繁发生，使得日本针对此类极端事件进行的评估成为了其建筑结构监测的重点。在经过对初始设计、改造加固和建筑结构控制性能的有关假设进行验证之后，我们设计了一个桥梁监测系统来监测极端情况下建筑结构的性能并确定其对建筑结构的影响。极端情况下建筑结构性能监测的主要目的有两个：① 验证极端载荷条件下设计假设的合理性或局限性；② 观测设计中有可能被忽视的建筑结构的性能。这两个目的为未来建筑结构设计的改进提供了有用的反馈。接下来的部分将要描述与两个主要极端事件——强风或台风以及大地震——相关的案例。
1. 强风和台风期间的桥梁监控
日本每年遭受台风袭击的次数是不一样的；每年平均约有11次台风登陆日本。台风多发的季节通常从夏季（8月份）开始，并会带来强降雨和破坏性强风。强风和台风会造成大量人员伤亡和民用基础设施受损。在强风和台风期间，对基础设施（如大跨度桥梁）进行监测是十分重要的。这不仅能够确保桥梁的安全性能，而且可以监测出建筑结构的实际响应和可能需要特殊处理的意外情况，也可以为未来的桥梁设计提供反馈。以下是对一些重要案例研究进行的综述。
在日本明石海峡大桥（Akashi Kaikyo Bridge）开通约两年半后，其经历了两次强台风，即台风“维姬”（Typhoon Vicky）（1998年第7次台风）和台风“巴特”（Typhoon Bart）（1999年第18次台风）。文中提及的台风详细信息，请参见表3。在这两次台风期间，大桥的结构监测系统记录到了桥梁结构的风振响应和地震响应。Miyata等对监测系统记录的数据进行了分析，重点关注了功率谱密度（PSD）、风速波动的空间相关性（相干性）以及桥面板响应。这是针对大跨度桥梁在实际强风条件下的响应的首次评估，研究指出，位于中央跨距中间的桥面板的实际静态横向挠度与分析值相吻合（图10）。