大桥的青表边跨除外）’
３．在青马大轿主辟轿身离开马挎柝塔２３４ｍ处
１．在三桥的桥身蕾面，位置如图２．８丑４所示
Ｉ稠量构件的量太应力和收集ＲＡＩＮＦＬＯＷ
２．在青桥塔马和打九两拼柝身的桥塔支承轴上（青马 ＣＯＵＮＴ赍料以作构件的囊劳盛算
大桥的青袁桥塔支承轴除外）
２．测量大桥的■和局部的应力髟响鳗和影响面
ＣＳＯＣ及ＣＴｌ（Ｂ
ＣＬＦＣ
ＰＤＡ８及ＰＣＮＭ 备徽电脑，ＣＬＰＣ及ＣＴＫＢ
注释 信息处理和分析软件 信息处理和分析软件 有限单元法结构分析和评估软件 ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ图像处理软件 ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ分析程序和信息臂理戟件
文字信息和数学程交处理软件
工作站系统运作和管理软件 工作站系统运作和臂理软件 工作站系统运作和管理软件 徽电脑系统运作和管理软件
系统运作和控制电脑系统（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒ０１）．而这四个系统
可划分为两种类别的系统．就是硬件系统和软件系统．其中硬件系统是指：①传感器系统；
③信息收集系统（ＤＡＳ）的硬件系统；④信息处理和分析系统（ＤＰＡＳ）的硬件系统；及④系
统运作和控制的电脑硬件系统（ｃｓｏＣ）．而软件系统是指所有的电脑软件系统包括：电脑系统
运作，信息收集／处理／传送，结构分析／７估，信息储存／传送／管理，和图像处理等．
２．硬件监测系统
硬件监测系统包括有：①传感器系统，这是指安装在三条大桥内约９００个传感器及有关
附件，其中包括有风速仪、加速仪、应变仪、位移仪、温度仪、水平仪、车轴车速仪、信息放大处
理器和串联介面等；②信息收集系统∞ＡＳ），这是指安装在大桥内的九个由微电脑控制的信 息收集站∞ａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｏｕｔｓｔａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔｓ ｏｒ ＤＡＯＵｓ），每一个信息收集站（ＤＡＯＵ） 包括有一至两台微电脑，和至少可收集和处理６４条频道的信息，并设有缓冲器可连续处存
ＷＡＳＨＭＳ的一般检测和评估工作包括：①报告大桥工作环境和荷载的变化；②报告 大桥各主要构件的实际内力分布和位移状况；③提供大桥主要构件及其接驳处的荷载记录； ④记录任何极大荷载的事故，例如台风、地震、超重交通荷载和大桥结构被车船撞击等；⑤ 报告大桥主要构件有否任何损坏和累积性的损坏：⑧推算大桥主要构件有否潜在损坏的危 机：⑦推算大桥的承载能力及论证设计施工假设和参数的有效性；⑧推算大桥及其主要构 件的余下使用寿命：及⑨给系大桥营运和维修决策者提供大桥超载的警告信息．
能；（２）所有安装在工作站阿的软件系统用作信息处理，分析，传送，储存和管理功能；及（３）所
有安装在ＣＳＯＣ和Ｃ３ＤＧ工作站内的软件系统用作结构分析和评估，及信息储存和管理功
能．表２列出各微形电脑和工作站内的主要电脑软件系统名称．
四、ＷＡＳＨＭＳ监测系统的运作及检测和评估工作“。’… ＷＡＳＨＭＳ主要由上述（三．１）四个系统所组成并通过网络联系而进行运作．图５展示其
ＳＢＮ ７—５６０８—１９８３—４／ＴＵ·２８６
第十三届全国桥梁学术会议论文簟
一
１９９８．１１．１６～１９上海
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堑鋈结构健康监测系统
刘正光黄启远
香港特别行政区政府
【擅耍ｌ为了监渊青马大析．设水门大析和汀九大柝的结构健康和进行结构评估工作，香港特别行破区政府路政 署设计和安装丁一套桥集结构健康监测幕统．连系统筒称为ＷＡＳＨＭＳ（Ｗｉｎｄ Ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｈｅａｌｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙ｜ｔｅｍ）．其作用是监涓太析在鸯运期间的结构健康变化和进行结构评估工作，Ｉ：ｌ作出相应的应变 措施，倒如检查和雏謦等工作．结构健康是指结构的可靠性，其中包括有结构的承囊能力，营运状态和耐久能力 等．而结构评估工作是指利用特定信息，分析厩有桥架的可靠性井作出工程决策的工作过程．本文除介绍 ｗＡｓＨＭＳ的系统结构和运作过程工作外，还论述ｗＡＳＨＭＳ的备项桥集监涓和评估工作．
ＡＮＡｌ月ＳＩＳ ＭＡＮＡＧＥＲ
Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ
Ｄｉｇｉｔａｌ ＵＮＩＸ ４．０Ｄ
Ｄｉｇｉｔａｌ ＵＮＩＸ ４．０Ｂ
Ｄ谢ｔａｌ ＵＮＩＸ＆２Ｄ ＳＣＯＵＮⅨ
ＴＣＰＩＩＰ及ＵＤＰ／ＩＰ
徽电脑或工作站名称 ｃｓｏｃ．ＣｌＪＣ，，ＣＴＫＢ，ＰＤＡＳ。爰ＰＣＵＭ
ＣＳＯＣ ＣＳＯＣ Ｃ３ＤＧ Ｃ３ＤＧ ＣＳＯＣ Ｃ３ＤＧ
２．桥址处环境温度和桥梁结构上温度分布状况监测 大桥的温度荷载设计，是基于香港路政署的结构设计手册“１，所提供的两个温度参数：有 效桥梁温度（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）和差别温度（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）．由 于温度变化是和太阳辐射强度，材料热能散发率，环境温度及风速风向等因素有羌，因此温 度参数的极值不能从个别因索去推道．故此监测大挢环境温度和桥梁结构上温度分布状况， 用以推算大桥的有效桥梁温度和差别温度的极值，成为大桥温度荷载监测的主要部 分．ＷＡＳＨＭＳ在桥址处对温度的监测，主要是用安装在桥身和桥塔内的温度仪去执行大桥 的五项温度荷载监测工作：①测量在桥址处的环境温度，并和所测得的平均风速和风向作相
五、桥梁工作环境的监测“一－” １．桥址处风速和风向监测 大桥在设计施工时所做的抗风能力分析和风洞测试，是基于离开大桥桥址较远的气象
站所收集到的风结构资料．由于桥址和气象站所处的位置有高度上和地形上的差别，再加上 悬吊体系梁对风振有较大的反应．因此测量大桥桥址的风结构和论证大桥的设计施工假设 和参数的有效性，成为大桥抗风振监测的主要部分。ＷＡＳＨＭＳ在桥址处对风的监测，主要 是用安装在桥身和桥塔顶上的风速仪去执行：①测量平均风速和风向，并绘缩桥址的风玫瑰 图，去确定最各平均风速，风向和重现频率，以用作大桥的结构抗风验算复核，和作为在台风 期间大桥交通管制措施的参考；②测量风的结构，包括：３ｓ阵风风速，ｌｍｉｎ平均风速，１０ｍｉｎ 平均风速，１ｈ平均风速，垂直面的风角和风速，风在不同方向上的功率谱，不同风向不同平均 风速的相关和相干特性；及④测量特定风速的持续周期，以检测桥梁或拉索的涡激共振的平 均持续周期．
２．在三桥每一主跨中问两边—开桥身平面７．５ｍ赴 ２．测量立体三维阵风时遮和风向
３．在青马和打九两轿桥身的每一边辟中间两进冉开 ３滔量风的结构
桥身平面７．５ｍ处（青马太桥的青表边辟除外）
ｌ在三桥的每一主辟中何桥身两边
１．舅量大桥的动态特征．如藏率和摄形等
２．在青马和汀九两轿的每一边跨中闻桥身两边（青马 ２．舞量大桥的动力反应．如撮格等
信息传送软件
５５
ＡＣＣｅＳＳ Ｕｎｉｔ）的网络连接和运作流程．图６展示在桥梁监测室内的四台电脑工作站的连接 网络．大桥的信息处理、分析、传送、储存和管理工作，由ＣＬＦＣ和ＣＴＫＢ执行；而大桥的检测 和评估，及分析了的信息或资料储存和管理工作，则由ＣＳＯＣ和Ｃ３ＤＧ执行。图７展示 ＷＡＳＨＭＳ监测系统的检测和评估工作流程．
关性比较：③测量混凝土桥身和桥塔截面内的温度分布状况⑤测量钢桥身截面内的温度
分布状况；④测量桥身上沥青路面内的温度分布状况；及⑤测量青马大桥的主钢缆截面内的 温度分布状况．
车道上，每丰道一十传感器共有六十
盅评估之用
２．在打九大析青表桥台南面约２０～２００ｍ的丰道上，
每车遘一十传蕙嚣共有六个
裹２
各徽电膻和工作站内的主要电脑软件系统名称
编号
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １ｌ
，
软件系统名称
ＳＰｉＤＡＲ
ＭＡＴＬＡＢ
ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ Ｖ７０
ＭＳＣ／ＮＡＴＲＡＮ Ｖ７．５
５３
和评估工作。
三、ＷＡＳＨＭＳ桥梁结构健康监测系统简介“４’‘。５１
峨
１．监测系统概要
－
ＷＡＳＨＭＳ主要由四个系统所组成并通过网络联系而进行运作．这四个系统就是：①
＇ｑ
传感器系统（Ｓｅｎｓｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ）；⑦信息收集系统（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｒ
ＤＡＳ）；③信息处理和分析系统（Ｄａｔｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｒ ＤＰＡＳ）；及④
１２小时的信息，ＤＡＳ或其ＤＡＯＵｓ的主要功能是收集由传感器传来的信息并将此信息数据
化．再放人光纤网络而传送到桥梁监测室内的信息处理和分析系统（ＤＰＡＳ）中；④信息处理
和分析系统（ＤＰＡＳ）的电脑硬件系统，这是指安装在桥粱监测室内的其中两台电脑工作站，
第一台工作站（ＣＬＦＣ）用作青马大桥和汲水门大桥的信息收集处理和作初步分析工作，而第
在青马和汀九两桥的伸缩麓处．位置如圈２及４所示
舅量，：桥在交通荷ｔ、风荷囊．墨度荷ｔ．和地震荷
下的烈向位垂
在三桥的桥身和桥塔的截面，位置如图２，８厦４所示
舅件空气．撬鼍件截面，钢件铜，缠锕及路面截面的
薯度
在青马和设水门两柝的析身，位量如图２及８所示
蔫量大桥的整的位移影响线．以检测过大位移的地
方
Ｉ．在青屿干线—太屿山行政大楼前后约五百米处的 捌量大桥的交通流量和各车轴重量，以作大拼结构
关键词结构健康监测系统结构评估悬吊体系桥梁
一、引 言 桥梁在建成通车后．由于受到气候、氧化、腐蚀、或老化等因素，和长期在静载和活载的
作用下遭受损坏，其强度和刚度会随着时间的增加而降低．这不仅会影响安全行车，更会使 桥梁的使用寿命缩短．而传统的人工桥梁检查程序和设施，一般来说是不能直接和有效地应 用在大型悬吊体系桥梁上，因为悬吊体系桥梁的结构布局和规模都十分复杂，构件多而尺寸 大，再者其大部分的构件都难以直接靠近检查．另外由于现代的机械、光学，超声波和电磁等 技术的检测工具，都只能提供局部的检测和诊断信息，而不能提供整体和全面的全桥结构健 康检测和评估信息．因此有需要建立和发展一个监测系统用来监测和评估三条太桥在营运 期间其结构的承载能力、营运状态和耐久能力等．三条大桥是指在青马管制区内的青马大 桥，汲水门大桥和汀九大桥，其地理位置如图１所示．