清华大学秦权教授作客专家在线：特大桥抗震与结构健康

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　　在线嘉宾：

　　清华大学土木工程系博士生导师秦权教授

　　特邀嘉宾：

　　未来的交通国际论坛专家委员会执委徐宏

　　江苏省交通科学研究院检测中心朱晓文博士

　　主持人：

　　未来的交通国际论坛秘书长逯宇

　　主持人：各位网友、各位同行，大家下午好。这里是未来的交通国际论坛专家在线，本期专家在线我们请到的是清华大学土木工程系博士生导师秦 权教授，就特大桥抗震与结构健康同大家进行交流和探讨。本期在线非常荣幸，请到了未来的交通国际论坛专家委员会执委徐宏，江苏省交通科学研究院朱晓文博士。首先请秦教授给介绍一下当前我国的特大桥抗震设计的现状如何?

　　秦 权教授：我们国家特大桥抗震设计现在没有专门的抗震设计规范，我们国家设计了很多桥，都是属于边研究边设计，有关的规范正在编制中，比如说悬索桥设计规范，里面有附录，附录是抗震。中国有公路桥梁抗震设计规范，有一部分是针对特大桥的，多数是针对中小桥的，这两部分规范都在编制之中，还没有出来。

　　我们国家特大桥抗震设计进展是相当快的，我记得90年代的时候，中国的公路设计院没有一家设计院能够自己解决大桥的抗震设计。进了21世纪以后，已经有相当多的公路设计院设计桥的人，自己能够做特大桥的抗震设计。这个是本质上的差别，从无到有。以前都是把这个委托给少数高校，自己做常规设计，高校把抗震设计做出来再修改设计，现在已经可以自己做设计了，这是一个很大的进步。要讲特大桥抗震性的进步，设计地震动参数是关键问题。地震时地面振动非常复杂，有大量的参数。一个桥梁设计的人，需要哪些参数，这是很有讲究的。不同的结构有不同的动力特性，不同的动力特性对不同的地震动参数敏感，因此，你得针对具体这个桥的动力特性要地震动参数，不能千篇一律，不管是房子还是桥都一个地震动参数，这样是做不好抗震动设计的。

　　我国现在的情况是这样，中国地震局负责地震动，他对地震动参数非常的熟悉，他们有大量的专家。但是他们不清楚具体桥的动力特性，这是致命的问题。而桥梁设计师不知道有哪些地震动参数。所以这两个人，等于是一个美国人跟中国人说话，美国人说英文，中国人说中文，这样没有沟通。过去的抗震设计，就在这上出了问题。中国地震局给的地震动参数，不管给房子，还是给桥都是一样，比如说虎门桥，是第一个悬索桥，地震参数跟房子的设计是完全一样的。让地震局给地震动分析，分析完之后的结果就跟盖一个高层建筑的内容完全一样。香港青马桥曾经要地震动参数分析，报告中的数据跟给房子的一模一样，所以我的说法是有根据的。问地震局要地震动参数，就相当于一个顾客到服装店定做衣服，服装店应该量顾客的尺寸，根据顾客的高矮胖瘦来做衣服。过去由于两个领域上之间隔阂，设计方不知道应该挑哪些地震动参数，地震局也不知道设计方有哪些不同的要求，所以千篇一律的给，留了很多的隐患。

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　　地震局有一个规范：GB17741—1999，《工程场地地震安全性评价技术规范》，这个规范缺少一个关键的内容，就是要针对不同工程结构的动力特性提供地震动参数，这导致了七个大漏洞：

　　第一，只提场地相关反应谱，反应谱提的是对的，但是还要有内容，周期范围到几秒。过去房屋规范是3秒，3秒反应谱就没了，而虎门桥第一周期是10.5秒，江阴桥是19.5秒，只给到3秒，后面一大段等于没地震作用了。所以不但要提反应谱，还要提反应谱的周期范围是多少，否则是不能用的。

　　第二，关于人工波。由于工程场地每一个桥不可能都一样，为这个场地做设计的时候，就需要加速度时程历史，如果一个地方没记录，不得不用已经有的记录，比如说美国的，日本的神户，中国的唐山地震数据，这些彼此是不一样的，现成的技术很难套到当前场址的地震要求性质。所以国际上就出了人工波。国内这个规范提了人工时程历史要求相互独立。这是完全不可操作的，因为你生成的人工历史不可能是绝对独立的，多少总有些相关性，这种情况之下，只空谈一个相互独立，设计人员拿来没法操作。相关系数0.1能用不能用，0.2、0.3能不能用?美国给的很清楚，加速度时程历史，相关系数不能高于0.1，速度时程历史不能高于0.2，位移时程历史不能高于0.3。特大桥两个桥墩、桥塔之间的距离千米以上，不能再认为这两个桥墩桥塔的地面运动全都一样。高程建筑400米高，下面就几十米，每一个基础都可以认为是完全一样的运动，这是刚性地盘。而特大桥，你必须考虑空间变异。空间变异包括几个方面，第一是局部场地效应，第二是行波，第三是失相干效应，因为折射、反射，传过来的波都不一样，如果相干系数是1就完全相干，如果不是1，就是失相干了。所以一旦考虑到空间变异的话，基本控制方程式里就不再只是地面加速度时程了，还要出现速度，还要出现位移，这都得输入。这样的人工波不只是需要有加速度波，还有速度波、还有位移波，中国现在还没有认识到这一点。国家地震局的规范只字不提速度波、位移波，还是在初级阶段。

　　第三，检查反应谱只给了50个周期点，却不说明50个周期点怎么样选。美国给了两个75点，一共是150个点，每个点该怎么样取都有规定，欧洲规范给了100多个点，每个点该怎么样取也都有规定。这很重要，因为反应谱代表了未来的地震运动，人工生成的波跟反应谱总有差别，衡量人工波的谱和反应谱是不是符合，必须给出很均匀点的分布，在这些点的分布上都控制在一定的误差范围之内才可以。如果不规定点的位置，选择的点全部都集中在一块，其它周期段一个没有，根本就判断不出来人工波的反应谱符合不符合设计谱。

　　第四，这本国标里，只提选择三条人工波。我国现在所有的设计院都已经知道，特大桥的分析必须用空间振型，三维振型的地震输入有三个方向的分量，水平两个，竖向一个。时程历史分析，相当于随机过程里的模拟方法，本身是一个随机的东西，必须大量的分析，最后才能统计归纳出实际反应的分布概率。但是一个特大桥搞动力分析，做成千上万的分析是不可能的，不得不挑很少的几个分析。很少但也绝对不能一个，我国过去提三个，美国规范是五个，欧洲规范是五到十个，最好给十个，如果不到十个的话，还有公式把结果进行放大处理。我国现在是这样，一旦考虑三个地震作用，一个地震是三条波，三三就是九条，这是勉强及格，但只给三条波就不及格了，如果空间变异，两个桥塔、两个锚锭，就是四个，四九三十六条。

　　第五，实际地震都是非平稳波，功率谱每一秒钟都是不一样的，一次地震先到的是体波的P波，然后是S波，后面还有面波的Love波，Rayleigh波等等，压缩波因为弹模大传播比较快，所以先到，剪切波波速慢，随后是面波。各种各样的波有一个过程，频谱组成从头到尾都是变的，是频率非平稳。但国标一个字不提频率非平稳。美国搞非平稳，办法是什么呢?我们过去时程分析的时候，有两种输入波，一种是真正的记录，另一种是反应谱生成的人工波，即是平稳波。现在美国和日本提出来，用现成的时程记录，通过时间或频率的调整，把时程历史改造成有与设计谱、目标谱完全一样的波。既包含记录的内容，又包含人工生成的内容。日本规范配了18条波，都是这种波。这本国标一字不提，就是说它还没有认识到非平稳的重要性，这本国标跟国际的水平差得很远。

　　第六，一字不提空间变异性。特大桥两个塔相距千米以上，两处的地震波包含前面说的三个空间变异的内容。因此，不同基础的地面运动是不一样的。这种空间变异性对特大桥的反应有重要影响，所以应当为特大桥提供地震的非一致地面运动时程历史。

　　第七，研究波的传播，需要知道波速，国标里给的是纵波波速，但地震是从很远处传过来的，有纵波的，又有横波的，有体波的，又有面波的，你这些波速都不给，使得人家用时程分析法的时候，一旦考虑行波效应的话，设计人员连波速都不知道，地震安全性评价结果没有考虑波速。

　　还有一点，美国的North Rang、日本的阪神地震，震中就在城区，直接在城市的下头，震中距离非常近，出现了近场强震。研究出来的最大的破坏力，英文叫Fling，就是大的速度脉冲，这个是对结构破坏最厉害的，所以美国生成人工波的时候，要求保持人工波要有大的速度脉冲，挑原来的记录的时候，就应该有Fling的记录，通过频率、时间调整，调整之后，大的速度脉冲还保存着。我们这本国标里都没有。

　　从这七个内容看，这本抗震规范不适合我国特大桥的抗震要求，总而言之，要像顾客到服装店做衣服得量顾客的尺寸那样，特大桥的设计者要根据桥的动力特性，告诉地震局得提供哪些地震动参数，否则的话，做不好特大桥的抗震设计。地震局自己规范可以不改，但是设计人员要对大桥的安全性负责，可不能盲从。

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　　主持人：请您给大家介绍一下应当如何确定特大桥的抗震设计原则和结构体系的选择，特大桥的设计如何保证结构的安全性。

　　秦 权教授：这是抗震规范必须解决的问题，特大桥跟房子不一样，跟中小桥也不一样。地震的随机性太强了，小的地震人根本感觉不到，大的地震可以把唐山一个城毁掉，一个桥到底应该抗多大的地震?国际上抗震设计针对随机性来讲，两个原则：小震不坏，大震不倒。不倒就是不死人，不坏就是没有经济损失。对于特大桥，这不够安全，因为特大桥造价太高，一旦特大桥塌掉了，对国民经济的影响、政治社会的冲击太大，所以要提更高的安全要求。美国和日本的特大桥都明确的提出来：中震不坏，大震可修。比普通的房子，普通的桥两个阶段都高出一个档次来。中震不坏，就是能抗300—475年一遇的地震。大震可修，大震指是平均一千年、两千年一次的地震，中国可能用的是2450年。特大桥的设计原则就是双水准设计，中震不坏，大震可修理。中震阶段验算的是强度，你的梁的抗弯能力够不够，柱子抗剪能力够不够。设计公式是这样的，一边是能力，一边是要求，要求是地震产生的弯矩多大，剪力多大，当能力大于要求，就是安全的，对弹性阶段，能力规范都给出来了，钢筋混凝土构件，抗压弯能力多少。对中震不坏来讲，强度验算没有什么问题。大震可修，大震情况下，进入非弹性阶段，内力-变形曲线是水平的，也就是说，不管再大的地震，地震造成的弯矩就这么大，基本上不变了，关键不在于强度，而是延性变形能力。这时候有个问题了，验算公式一边是能力，一边是要求，非弹性程序我可以算出‘要求’来，比如说水平位移5公分，那你柱子能不能承受。这是完全新的问题。

　　美国人提出来叫Pushover分析，美国是通过这种分析来确定变形能力的，这是规范不可能给出的。这个分析很复杂，要把混凝土和钢筋的位置和弹塑性应力应变曲线全都精确的表示出来，最后才能算出水平力推的过程中，柱顶的位移是怎么变化的，塑性铰是如何出现的，桥墩是怎么破坏的等等。这一点，我们国内的设计院还做不到，只有少数高校可以做到。美国已经提出来一些分析的程序了。

　　特大桥抗震是两个关键，一个关键是设计地震动参数怎么样确定，第二个关键是怎么样分析。分析现在国外是两个方法：

　　第一是反应谱震型分析法，一个是时程分析法，反应谱震型分析法，依靠的是叠加原理，只有微分方程是线性的时候才能叠加。中小型的振型组合系数是平方根的平方根，不适合特大桥，特大桥自振频率是密集的，用这个不可靠，所以要用CQC-完全二次组合，要考虑振型之间的耦连效应。中小桥和建筑抗震，可以只要前五六个振型叠加就可以了，特大桥远远不够，甚至要前300、400个振型组合，怎么样判断考虑的振型数够不够，有一个指标就是振型参与质量比，这个质量比达到了0.9就可以了。中小桥可以分别计算水平两向地震，竖向不计算，不需要方向组合，特大桥空间振型需要同时考虑三个方向的地震，要考虑顺桥向地震引起的内力、横桥向地震引起的内力、竖向地震引起的内力，这三向还要组合。除了振型组合，方向组合也要遵守，日本、美国、欧洲规范都给了，我们的规范也将首次提出来。反应谱振型分析法，因为是依靠叠加原理只能计算线性，不能考虑摩擦，不能考虑非线性阻尼，我们现在搭桥上都装了阻尼器，这些非线性因素的存在，导致了反应谱振型叠加法就不适用了。

　　第二个是时程积分法，它可以解决刚才说的一切非线性问题，碰撞、摩擦、几何非线性、非线性阻尼、非弹性，都可以解决。原理上他是Monte carlo法，需要大量样本，样本量不够的话，是不可靠的。为了减少样本量，欧洲规范最多是十条，美国规范是五条。为了能够用尽量少的时程分析来达到抗震的安全目的，必须保证所选的时程历史的质量，要选高质量的时程历史，刚才提到的世界第三代时程历史，就是用真正的记录调整以后，调整到跟反应谱一致的人工时程历史，你必须这样做，美国规范里在选高质量时程历史，有非常详细的规范，不是随便随便拿了就可以充数的。其中有一条，就是刚才说的统计独立，就是相关系数不超过0.1、0.2、0.3这种统计独立，如果弄了两条彼此高度相关的人工波，你算了两条，实际上只算了一条，用这样高度相关的时程历史进行抗震设计是不安全的，不能保证结构的安全。所以时程积分的难点在于：现在的程序、能力都很强，分析本身困难不大，关键是你怎么样去选时程历史。算完了位移了，判断倒还是不倒，还需要知道能力，结构变形的能力是很难的问题。

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　　主持人：请您简要介绍一下当前国外桥梁结构抗震设计规范的发展趋势?与之相比，我国现行的桥梁结构抗震设计规范有哪些不足，特别是针对特大桥的抗震设计应该做出哪些改进?

　　秦 权教授：我举几个例子：比如BS5400，10个parts。这本规范是世界上第一种完全基于可靠度的规范，60年代开始编，70年编完第一版，然后不断的修订。现在最新修订到2001年，2001年修的是钢桥，99年修订的是钢桥材料和供应的要求，98年修订的是桥梁的垫块。这是世界著名的规范，国际影响很大的。但是它几乎没有抗震的内容。

　　还有欧洲规范(EUROCODE)，也有10卷。欧洲很有远见，已经融合成一个欧洲共同体，统一货币，第二步统一规范，以后欧洲要用一个规范。2002年10月份出了两三本跟欧盟各国现行规范同等地位的欧洲规范，到2010年3月，所有欧盟国家规范里，跟欧洲规范冲突的，一律废止，统一使用欧洲规范，这是相当先进的规范。有很先进的抗震内容。

　　世界影响极大AASHOTO，美国公路桥梁官员联合会发表的规范——LRFD，是基于可靠度的规范，刚才欧洲规范也是基于可靠度。美国现在有两套规范，都是AASHOTO，一个是基于容许应力的AASHOTO规范，一个是基于可靠度的AASHTO。LRFD指的‘荷载和抗力系数’的字头，现在是并行，美国将来准备取消基于工作应力系数的规范，完全换成LRFD。

　　日本规范，日本道路桥规范，日本人在可靠度的研究比中国投入的力量要大得多，比如说今年6月份，我在罗马开国际安全可靠度大会，整个大会收入了512篇文章，最多是美国，一个国家发表142篇文章。第二是意大利，它是东道国，发表70篇，连美国的一半都不到。第三大户就是日本，小小一个日本发表了56篇文章，德国26篇，法国22篇，中国大陆地区21篇。如果再加上香港的6篇，台湾的3篇，大中华地区是30篇，位居世界第四，就是说，我们在可靠度的研究上，在国际上有一定的地位。

　　当前国际桥梁规范的趋势：

　　第一，基于可靠度理论

　　第二，对分析模型的要求越来越复杂，各种各样的非线性、空间模型都提出来了，甚至提出了精确分析模型。再一个是构造要求越来越细，所以规范的部头是越来越厚。我记得有个英国人说，最早的规范就薄薄的一本，花不了几天就能全背下来了，现在不一样了，都是厚厚的。对抗震动的规定越来越全面，比如说非平稳性，这些东西慢慢的都提到日程上来了，欧洲规范明确提出要考虑非平稳地震，跨度大于600米，应该考虑空间的变异性。

　　第三，国外的规范修订频繁，像AASHOTO每三年修订一次。UBC，美国的建筑规范，每三年修订一次，日本规范修订也很频繁。而我国上一版跟下一版之间差了10年之久，没有力量去修改。

　　相比之下，我们国家规范，是针对150米跨以下的中小桥梁，就是不含特大桥梁，我国现在编的公路桥梁抗震设计规范，对特大桥有原则规定，悬索桥设计规范的附录是专门针对悬索桥的抗震设计的。我国专门编的这一版比上一版有很大的进步，国际上的先进成果大体上我们吸收进来了。

　　这里提一提我们体制上的问题，我国的规范现在是法规，为什么呢?它有法律的含义，如果一个设计院完全按照国家法规的规范设计一个桥，这个桥塌了，设计院不负担任何责任而于业主自认倒霉，这叫法规。美国规范不是这样的，美国规范就是建议性的规范，愿意用就用，不是非用不可。如果不是业主要求的，是你自己用了这个规范设计，设计的这个桥塌了，这个规范不负任何责任，设计方就要负担责任。这样就形成一个局面，设计院为了将来不负责任，一切条文照抄设计规范。一个国家的桥梁技术要发展，需要研究，而这个法规就保证了设计院可以不研究，既然保证他可以不研究，你国家就得投资研究，可是国家没钱投资，没有钱就无法从事大规模的研究。这样的话我们国家大跨桥建了那么多，到现在不能说技术上国际领先，而都是跟在别人的屁股后面转，都是把国外规范好的条文抄过来，为什么呢?我们没有研究，就变成了这样的局面。美国则不一样，美国的设计费很高，你这个设计塌了，你得赔钱，一个桥塌了，你设计院赔得倾家荡产，所以必须保证有很高的设计费。我们国家的设计费太低了。现在情况有所改变，我国不再当规范是法规了，变成了推荐性规范了，除了有一部分，把必须执行的条文，强制性条文，那个是法规，更多的内容变成推荐性的了。这样可以促进设计院进行研究，桥梁技术就可以进步。但是，如果设计费还这么低的话，设计院还是研究不起。将法规变成推荐性，那相应的设计费得调整。我本人不是设计桥的，但我替设计院同行鸣不平。

　　再有一个，像美国的规范，150米以下也不管大桥，BS5400也不管大桥，日本规范也不管，日本有一个本四连线桥梁设计的指南，它专门有大跨桥设计指南，对大桥有专门的规定。美国旧金山弯区属于加州，加州运输部，他对大桥有规范，跟AASHOTO不一样，这个有专门的规范。我们在这一点跟国外还有点相似，量大面广的写到规范里，特大桥再写专门的规范。

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　　主持人：可靠度设计理论在分析和度量特大桥结构安全性方面的运用状况如何呢?

　　秦 权教授：现在国际发展的趋势，就是规范要基于可靠度。过去老的规范，用安全系数不用可靠度的时候，认为大自然的荷载是随机的，所以用统计理论统计随机荷载，找出几个特征数就变成确定的了，结构就认为是没有变异性的，这是过去的规范。现在国际上发现，结构本身的性质是变异的，原钢一盘上百米，不同地方切一段，做标准试件，做拉伸试验结果就是不一样。混凝土、岩石变异性就更大了。结构本身的变异性是不可回避的，所以出现了可靠度理论，可靠度理论的发展是非常快的。我做过统计，第一篇发表的是1884年左右，到整个19世纪上半期，就是1900到1950年50年里，可靠度的文章还不到混凝土文章的十分之一。六十年代两者持平，以后可靠度的发展速度要比混凝土快得多。进入21世纪以后，可靠度的文章是混凝土文章的2倍以上，2004年是2.89倍。大约到19世纪60年代，是大体持平，可靠度是新型领域，现在发展是特别的强劲。

　　过去确定论的时候，也不是说不知道有随机性，就是用安全系数来囊括随机性，用一个K去对付好几种荷载，有风荷载，有车辆荷载，有自重荷载，还有地震荷载，每一种荷载都有自己的不确定性，这么多的荷载，都用一个系数来对付，还有材料的随机性：有钢丝的、有混凝土的、有钢板的，还有钢梁的，这些材料的不确定性，跟所有荷载的不确定性，大家一块用一个大老K来对付，对付完了就出现一个什么问题呢?我这个桥塌了，大老K挺大，而另一个桥大老K挺小，人们以为该修了，桥就是不塌。所以就该还其本来面目，全部都用概率论，但这难度非常大，我们知道概率论发展起来比微分方程晚了100年，概率论数学跟确定论数学之间完备性还差一点，复杂性可多多了。

　　可靠度理论可以说是成熟了，那么多规范都有可靠度，但是它有很多难题还解决不了。现在设计院的人，没有不会用分析程序的。现在计算机大规模的使用，高自由度，一般设计人员都能解，而且什么问题都能解。这都使用确定论的情况。可是发展到概率论的话，对有些问题还解不了。概率论最省事的办法就是蒙特卡罗模拟，100个随机变量，每一个变量生成十万组样本，每一个样本都用确定论里分析，成本太高了。怎么办呢?现在的出路，把可靠度的计算，概率的部分，随机性的部分，加入到有限元的方程里，编出来的随机有限元程序，就像有限元程序一样，对用户来讲是黑箱子，但是要求输一点随机性参数，这个不难，最后给出β：每根构件的β多大。美国、日本、德国、意大利都出了很多随机有限元程序，但目前的难度确实太大了。一旦要计算可靠度，必须知道刚度矩阵的导数矩阵，还要知道荷载矩阵的导数矩阵，一万个自由度地点刚度矩阵是一万乘一万，要对每一个变量求导数，就是一万乘一万再乘一万。工作量就多大，对计算机的要求有多大，这个难度很大。我的课题组，一直持续不断的做随机有限元，国外随机有限元发展是很快的。

　　目前可靠度的观念在工程界推广应用还存在困难，因为对从业人员素质的要求提高了，也增加了工作量，但就象当初土木工程建设从凭经验的“不算”发展到依靠理论的“算”一样，将来迟早要发展到可靠度分析这一步，谁也挡不住。所以按可靠度分析肯定是前途。

　　主持人：请您谈一下特大桥结构健康监测与一般桥梁的监测技术有何不同?请您简要介绍一下特大桥结构健康监测系统，推广特大桥结构健康监测系统有哪些问题要克服?

　　秦 权教授：对桥梁监测一直靠人工检查，事实已经证明行之有效，而且确实大家都在用，但是也需要不断的改进。现在出来的桥梁管理系统，如BMS，中国也有(比如CBMS)，但国外在BMS应用上，要比中国快得多。但有不同，就是说，国外的BMS可以规划你的检修行动，规划未来你怎么样检修，想要估计未来怎么样检修，必须要预测桥梁的退化。而预测需要考虑随机性。因为这个退化过程随机性很强的，不能拿确定论的东西来预测。美国现在开发出了一套这样的软件-Pontis，可以根据路网的状况，告诉你修哪一座桥效益最大，性价比最高。另外把加固跟升级、增加车道等结合，我可以推荐怎么样加固，也可以推荐怎么样升级。这个功能非常好，我们跟他们开发商在年中签了合同，想把Pontis移植过来，我们将对其做汉化并增加我国的内容。

　　但对特大桥人工检查跟不上，时间太慢——武汉长江大桥涂一次漆要3年，探伤要复杂得多，远远不止3年，难以保证桥的安全。所以国外想出来监测系统。中小桥人工检查不需要太长时间，所以监测系统只需要在大跨桥上做，不需要在中小桥上作。必须要强调监测系统监测的是累积损伤，损伤有两类，一类是突发事件，一次大地震，或者是一次大火灾，或者是两辆重车在桥上撞了，各种各样的灾害事故引起的损伤。这类损伤好对付，什么时间发生的，能精确的知道。还有一种损伤是累积损伤，房子都有墙，所有的构件都在室内工作，淋不着雨，而桥是露天的，淋了雨要生锈。房子里人来人去，这点构不成疲劳荷载，但桥要走汽车的，疲劳荷载很厉害，所以一个锈蚀，一个裂缝，这两个荷载是累积发生的，刚修好的桥不会有问题，累积损伤发展很慢，一年甚至还不到一毫米。到了50年，100年，裂到一定程度，锈到一定程度，原有的承载能力不够了，就要塌掉，这个问题很大。问题是到底哪一天裂到这种程度，我不知道，人工检查就是对付这个事的，必须天天检查。

　　而监测系统针对的是累积损伤，地震来了之后，把桥封起来，几天后结论全出来了，根本不需要监测系统。监测系统针对的是锈蚀，就是疲劳，是缓慢发展的损伤，谁也不知道哪一天会影响桥的安全。所以凡是监测系统必须是不封桥也能工作。

　　现在有很多人用静力加载做探伤，把100吨重的大车开到桥上，还有一种加载，火箭加载，这时大桥还能通车吗?所以用静力加载做探伤这种所谓的‘监测系统’，根本不能实时监测，怎么能叫监测系统?

　　监测系统必须在正常交通下进行监测，就把搞监测系统的人逼到一个窄胡同里，动力都加不了载，这么大的一个桥，没有100吨加载器大桥不会动起来，这样就要封桥，所以只好搞脉动实验，但是缺点非常大，信噪比特别小。地脉动风脉动，每一个桥都不一样，只能测反应，无法测荷载，只能对荷载做假定，这是前提，但是又不符合这个前提，怎么办?就是有误差。搞脉动是不得已，航空不搞脉动，他们把结构都放到实验室里，都可以加载，我要什么频率，精确的频率，这样来探伤。桥不可能能搬到实验室里，也就是说，一旦做出桥梁监测系统，难度非常大。用这套探伤，可以说现在进步非常大，这种探伤也是航空、航海里引进来的，可以借用他们的成果，可以不用自己做原始投资，但是航空、航海的东西完全照搬到桥上又不行，还得花功夫，使得宇航上的方法适应土木工程说的需要，这一步是我们搞监测系统的人必须解决的。

　　我的观点是，现在即使大跨桥，也不要提到推广监测系统，现在不到推广的时候，因为桥梁检测系统的关键技术是探伤，是损伤识别，现在国际上的损伤识别还没有解决，虽然有很大的进步，但是离我们的要求还远。国内现在研究的人很多，都是纸上谈兵，都是在计算机上做，计算机跟实际情况相差十万八千里，计算机弄得很漂亮的东西，到实际上根本不是那么回事。而一个模型实验，贵得不得了。一个风洞实验，没有一百万做不下来，三四百万是经常的事。在桥上做一个监测系统，大量的传染器、采集器、数据处理装置，全都装上去，等于是一个实验平台。比如香港青马桥，台风一来、重车开过去，就产生大量的数据。这就不是纸上谈兵了，是实打实的数据，有这样的系统，为全国的研究提供了基础，所以是非常必要。

　　我觉得有一点要强调的，我们现在装了一些监测系统，才100多万，为了要省钱，用光纤传染器便宜，有15年寿命。但是带宽少，采集信号频率连50赫兹都不到，高频分量完全找不出来。一旦要高质量，就是采样频率500赫兹。再加上传感器、电阻应变片一般只能用三天，监测100年寿命的桥，只有几天寿命的电阻丝，这是不可能的，所以必须有高质量的传感器，耐久性强，工作性能强，这样一套东西都是贵的，没有几千万别想做出一个能用的系统出来。香港青马桥等三个桥的监测系统WASHMS投资是1亿港币。

　　所以我们要搞监测系统的话，想省钱就别做。原来香港是英国规范，香港没有规范，环境荷载都是英国的，而现在青马桥给出数据，是实打实的数据。风荷载，风洞实验是假东西，大气的湍流尺度是多少，我们国家缺少数据，我们只知道静风压，脉动频率，但一旦装监测系统，我们自己国家的数据就全有了。自己的自然数据有没有，也是一个国家的实力的体现。现在江阴桥健康监测系统升级改造项目安装了超声风速仪，这是很好的进步，但还不够，还应该多装，隔一段距离测一个风速仪，就能测出湍流尺度和强度。所以我觉得花点钱，在典型的大桥上弄个高质量的监测系统，是给全国的桥梁监测做巨大的贡献，采集到的数据不仅是对大桥的健康安全起到很重要的作用，对全国大桥的设计，对我们的科技，对国民经济很多方面的影响都是很巨大的。

　　主持人：各位网友、各位同行，本期专家在线到现在结束，非常感谢秦教授就特大桥抗震与结构健康分析抗震设计规范、结构安全、结构健康监测等问题同大家进行了非常深入和有价值的沟通，非常感谢您，希望今后的论坛的专家在线还能请到您。

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　　原帖由 bbok 于 2006-1-5 16:30 发表
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