图8-1冻土区桥梁桩基结构预报预警系统组成第二部分是数据采集传输子系统。冻土区桥梁结构预报预警技术不只是传统的桥梁监测技术的简单改进，而是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，并由此分析结构的健康状况、评估结构的可靠性，为冻土区桥梁桩基的管理与维修决策提供科学依据［2］。......
2023-08-23
冻土区桥梁桩基监测研究：实时预警系统
【摘要】：按照《公路桥梁承载力检测评定规范》《公路桥涵设计通用规范》等规范，应当对非冻土区桥梁桩基进行环境温度及桥上温度监测、桥梁桩基风化程度监测、桥址处风速、风向监测以及车辆荷载监测。车辆荷载监测高速列车组经过冻土区桥梁桩基时，从动力学角度看，铁路机车或车辆是由车厢、转向架、轮对以及弹簧悬挂装置所组成。具体可参考《公路桥涵设计通用规范》对冻土区车辆荷载对桥梁桩基的影响效应进行评定。
按照《公路桥梁承载力检测评定规范》《公路桥涵设计通用规范》等规范，应当对非冻土区桥梁桩基进行环境温度及桥上温度监测、桥梁桩基风化程度监测、桥址处风速、风向监测以及车辆荷载监测。
（1）环境温度及桥上温度监测
通过环境温度和桥梁各部分温度分布的测量，可以将监测结果与设计时的假定取值比较，对桥梁在实际温度作用下的安全性做出评价。
（2）桥梁桩基风化程度监测
对建筑材料本身受风化程度进行监测，然后依据规范《公路桥梁承载力监测评定规范》中给出的监测方法判断建筑材料本身的风化程度。
（3）桥址处风速、风向监测
风对桥梁的作用是一个十分复杂的现象。它同时受到风的自然特性、桥梁的动力性能以及风与桥梁相互作用3方面的制约。而且风在绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时，结构会保持静止不动，使得这种空气力的作用只相当于静力作用。但当桥梁结构的刚度较小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用。
a.风的静力作用。当结构刚度较大因而几乎不振动，或结构即使有轻微振动但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态时，不影响气流对桥梁的作用力，此时风对桥梁的作用可以近似看作为一种静力荷载即风的静力作用。风的静力作用是指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应。我们可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。它们通常被称为气流作用力的三分力，与风速、桥梁断面形状及风对桥梁的攻角等因素有关。在顺风平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，作用于桥梁上的风力可能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，是主要的计算对象。它所造成的桥梁破坏的特点主要是强度破坏或过大的结构变形。在桥梁的静风作用分析中，通常将风荷载换算成静力风荷载，作用在主梁、塔、缆索、吊杆等桥梁构件上进行结构的计算分析。桥梁载静力荷载作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。如现行桥梁规程中所规定的那样，主要考虑桥梁在侧向风荷载作用下的应力和变形，另外对于升力较大的情况，也需要考虑竖向升力对结构的作用。对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下主梁整体的横向屈曲，其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳问题，以及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力矩增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳现象。
b.风的动力作用。大跨度桥梁，尤其是对风较为敏感的大跨度悬索桥和斜拉桥，除需要考虑静风荷载的作用之外，更主要的是考虑风对结构的动力作用。其中对桥梁的动稳定性研究尤为重要。颤振和抖振是桥梁最主要的两种动稳定性问题。
风的动力作用指桥梁结构在风作用下的空气弹性动力响应，它一般可分为两大类：
第一类，自激振动。在风的作用下，由于结构振动对空气的反馈作用，振动的结构从空气中吸取能量，产生一种自激振动机制，如颤振、弛振和涡激振动。若颤振和弛振达到临界状态时，将会出现危险性的发散状态。
第二类，强迫振动。是结构在紊流脉动风作用下的一种有限振幅的随机强迫振动，由于脉动风的随机性质，这种由阵风带的脉动风谱引起的随机振动响应（阵风响应）称为抖振。涡激振动虽然带有自激性质，但它和颤振或驰振的发散性振动现象不同，其振动响应是一种限幅的强迫振动，故该类振动具有两重性。此外，大跨径斜拉桥中的长拉索在风雨共现气候条件下发生的所谓风雨振现象，常常引发拉索的大幅振动，有时还会激起桥面的振动，从而对桥梁的安全也会构成严重威胁。
（4）车辆荷载监测
高速列车组经过冻土区桥梁桩基时，从动力学角度看，铁路机车或车辆是由车厢、转向架、轮对以及弹簧悬挂装置所组成。列车在桥梁上运行时，会对桥梁结构产生动力冲击，使桥梁产生振动，而桥梁结构的振动又反过来对桥梁上（中）运行车辆的安全和平稳性产生很大的影响，从而形成一个复杂的多自由度振动体系，当列车通过桥梁结构时由于车辆进桥前就已具有的初始振动、轮轨间的蛇形运动、快速移动荷载对桥梁结构所产生的动力作用及桥梁结构自身的变形与振动等，使整个车-桥结构体系在竖向、横向和纵向三个方向产生振动，并导致一系列动力问题的产生，如因桥梁结构的振动、冲击及疲劳影响轨道结构稳定及桥梁的使用寿命。具体可参考《公路桥涵设计通用规范》对冻土区车辆荷载对桥梁桩基的影响效应进行评定。
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