日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(8)

从日本鹤见翼桥（Tsurumi Tsubasa Bridge）通车起，研究人员就开始对大桥进行强震观测，并获取了一些重大地震记录。在2004年10月23日发生的日本新潟（新潟县）地震中，抗震记录显示地震震动持续时间较长，抗震响应的位移幅度的阻尼较小。研究人员从横滨湾大桥（Yokohama Bay Bridge）10次地震的抗震记录中发现，随着地震震级的增加，垂直和水平方向上低阶模态的阻尼比均有增加的趋势。对于小震级地震，平均阻尼比为2%；然而，随着地震震级的增加，不同方向上的阻尼比显着增加，最高可达4%~5%，从而导致其比先前建议的2%要大。
（二）隔震系统性能验证的桥梁监测
日本桥梁采用隔震抗震技术已经有30多年。日本第一座抗震隔离桥是宫川大桥（Miyagawa Bridge）。桥梁主梁为三跨连续非组合钢梁，长度为105.8 m。这座桥位于静冈县春野町，该桥于1991年3月通车，是从全国选出的用于基础隔震系统建设试点项目的8座桥梁之一。铅芯橡胶垫（LRB）被用作隔震装置。为了检查抗震隔离桥的抗震响应特性，研究人员在宫川大桥上的桥墩墩帽、主梁和自由场处安装了强加速度传感器。1992年4月25日，JMA记录到一次4.9级地震，震中位于日本静冈县。这是日本隔震桥梁监测系统的第一次地震记录。对记录进行分析有助于研究人员确定在基础隔震桥设计中所采用的一些重要方面。
接下来对几个中短跨度和长跨度抗震隔离桥监测的案例研究进行了阐述。在1995年日本阪神（神户地区）大地震发生之前，日本的一些桥梁就被安装了基础隔震系统，其中一些还被安装了地震监测系统。1995年阪神（神户地区）大地震使这种基础隔震系统第一次遭受强烈震动。在抗震隔离桥上安装结构监测系统的最初目的是为了确定地震刺激下隔震系统的性能。由于隔震技术是一种新兴的先进技术，因此，利用从实际事件中获得的地震响应记录来验证此类桥梁的设计程序和模型的准确性是十分必要的。
研究人员对基础隔震桥在大地震中的表现性能进行了详细的研究。他们选取的研究对象为日本西部关西地区的松之滨（Matsunohama）高架桥（图5）。该桥于1994年开放通车，是阪神高速公路上的第一座基础隔震桥。该桥是四跨连续钢箱梁桥，桥梁全长为211.5 m，曲线半径为560 m。在1995年日本阪神（神户地区）大地震中，该桥距离震中中心东南方向约35 km处。松之滨高架桥有两座基础隔离桥：A桥和B桥。Chaudhary等采用系统识别的方法研究了隔震系统在1995年日本阪神（神户地区）大地震中的性能。研究表明，使用简单的等效线性二自由度（2-DOF）集中质量模型来捕获基础隔离的松之滨高架桥的整体性能是可行的。该项研究证实，基础隔震系统的性能是令人满意的。因为它可以有效地解耦上部建筑结构与下部建筑结构，进而通过滤除其他频率，使得主梁的地震响应频谱只包含了上部主要建筑结构频率。