日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(5)

1. 风振响应设计验证的监测
在日本大跨度桥梁的开发初期，力的量化（尤其是风载荷）的相关问题在设计过程中是非常重要的。历史经验的不足和设计假设较大的不确定性，使得通过大规模实验测试进行验证成为重要的设计步骤。从1973年到1975年，研究人员为了验证抗风设计方法，为HSBP建造了一个十分之一截面的桥梁模型，其中包括明石海峡大桥。研究人员对长度约8 m的桁架加劲梁进行了自然风测试（图1）。实验结果测得的阻力系数与风洞试验的估计值一致。

图1（a）大型桥梁模型（由本州-四国桥梁管理局提供）；（b）in situ模型响应（观测）和风洞试验的估计值（平均风速为12.6 m·s1 、海拔0° ）的对比
在桥梁设计的早期阶段，随着传感器技术和信息系统的发展，这种尝试最终发展成为了在桥梁使用寿命期间使用永久性测量装置进行监测。例如，图2显示了在桥梁竣工阶段，明石海峡大桥的测量仪表数据。该图显示了利用全球定位系统（GPS）测量得出的平均风速和横向位移之间的关系。由于桥梁跨度足够大，GPS定位可以较准确地测量出桥梁的位移。由实验得出的观测值与设计平均值比较接近，最大值较为保守且具有合理的余量。此外，研究人员对HSBP中各种大跨度桥梁的功率谱、湍流强度和自然风空间相关性的测量数据进行了研究，并对设计假设进行了验证，结果发现这些数据处于合理的范围内。

图2（a）明石海峡大桥的监测系统；（b）明石海峡大桥10 min平均风速与中梁横向位移的关系；（c）测量和设计规范的比较（由本州-四国桥梁管理局提供）。1A和4A——锚固；2P和3P——主桥塔；β ——风斜交角（即迎面而来的风与桥梁轴线法线的夹角）。经J-STAGE许可，转载自参考文献, 2010以及经J-STAGE许可，转载自参考文献，2006