大跨度钢斜拉桥主梁监测挠度的评估与预警摘要：在南京长江三桥长期监测数据的基础上，提出了一种基于统计理论的钢斜拉桥主梁挠度的长期趋势评估和动态预警设置方法.首先，分析挠度随温度的变化特征，选取夜间0：00-1：00时段的挠度数据，剔除车辆荷载的影响，并考虑整体升降温作用，进而得到恒载挠度评估指标的基准值.其次，采用线性适度模型和基于实质的灰色关联度法对挠度进行评估，以2007～2010年的数据为例，结果表明：本文的评估结果与长期变化趋势一致，挠度变化趋势有助于指导桥梁结构病害的进一步检查.最后，基于一定保证率建立桥梁跨中挠度黄、红两级预警线，考虑交通量变化及累积损伤带来的影响，设置动态预警线.通过2008年雪灾前后状况和交通量增长情况两个示例进行检验，结果表明：本文设置的动态预警线不仅能有效地应用于桥梁正常运营或突发状况，还能根据桥梁的实际状况实现同步更新.关键词：钢斜拉桥；挠度；统计理论；评估；预警：U446.1文献标识码：A主梁挠度是桥梁长期监测中的一项直观且重要的指标.通过对结构几何形态的观测，可反演出结构的内力变化情况，进而为损伤的定位提供参考和依据.目前大跨径桥梁的主梁挠度监测方法众多，主要有连通管法、GPS法、倾角仪法、激光投射法、机器人监测法等[1].这些方法各有优劣，其中连通管法具有监测范围大、经济、不受现场恶劣环境的影响、可以实现多点同步监测的优点，发展前景良好.对于主梁挠度的评估、预警已有一些相关研究论文发表，包括挠度与温度的相关性分析[2-3]、线形评估预警[4-6]等方面.然而对于钢结构斜拉桥的挠度长期评估尚未见报道，预警线的设置亦各不相同，更无统一的标准可循.本文以钢塔钢箱梁斜拉桥――南京长江三桥的长期变形监测数据为基础，在阐述主梁挠度的温度特征后，选择统一标准下的挠度评估指标，对长期状态下的挠度进行评估和预警值设置，并通过实测数据验证其可靠性.1挠度的温度效应1.1挠度监测布置概况南京长江三桥是我国首座具有钢塔的钢箱梁斜拉桥，主跨648m.该桥于2005年10月建成通车，次年其健康监测系统投入使用.南京三桥的主梁挠度监测采用的是封闭式连通管法.该方法是利用连通管内液面水平的原理，沿梁体布设连通管道，由压力波传递液位的变化，伴以高性能压力变送器检测液体压力的波动，换算得到桥梁挠度的变化值.在该桥的边跨和中跨纵向均布置了相应挠度测点.以上游为例，有效测点共22个，位置分布如图1所示.主梁挠度测点采样频率是10Hz.1.2挠度的温度效应运营状态下影响斜拉桥跨中挠度变化的因素很多，其中最主要影响因素是温度作用和车辆荷载作用.如果将温度和车辆荷载作用效应剔除，可得到恒载下挠度长期评估的统一标尺.关于挠度的温度效应已有学者从理论推导和实桥监测方面做了相关的研究[7-8]，但是针对钢主梁和钢塔斜拉桥的特性较少报道.通过分析多年的挠度和温度监测数据，可以发现以下规律：1）挠度与温度的变化是同步的.文献[2]中针对混凝土梁斜拉桥的研究结论是跨中挠度和温度存在约2h的滞后，而本文分析结果显示钢箱梁斜拉桥由于材料对温度反应敏感基本不存在滞后现象.2）挠度的变化周期为一天.一天内挠度变化主要分为两部分，一部分是夜晚时段，整体升降温作用较小；另一部分是白天时段，温度场的影响量较为可观，基本为线性.图2给出了2007年6个月每月15日的跨中挠度与温度的变化规律，规定负值表示主梁下挠，索塔处主梁挠度为0.由图2看出，各个月一天内的跨中挠度与温度的变化规律较一致，以1月15日的数据为例，跨中挠度变化形成了典型的三阶段，分别定义为A、B、C三个阶段.第一阶段A：结构处在黑夜环境下，温度场较为平稳，因而变化率较平缓.此时段的挠度变化主要来自车辆荷载作用.值得注意的是其波动量大于白天，这是因为夜里行驶重车所致.第二阶段B：太阳辐射开始发挥作用并呈现持续加强状态，挠度变化率逐渐稳定到一个数值.第三阶段C：日照逐渐消失，大气温度渐渐降低，变化率和B阶段基本一致.可见，夜间桥梁跨中挠度主要受整体升降温作用和车辆荷载作用.其中整体升降温的作用可通过对斜拉桥整体有限元模型施加温度荷载计算得到.对于车辆荷载作用，在夜间车流...