本文是一篇道路桥梁与渡河工程论文，本项目以我国桥梁养护管理领域为背景，以已有的装备与评价理论为基础，以日常检测结果为支撑，开展全寿命周期内元江特大桥健康状态评价的理论研究，结合元江特大桥健康监测系统获取的数据及其他数据，评价元江特大桥的结构健康状态，提出养护措施建议。
1绪论
1.1研究背景及意义
俗语说，要想富先修路。在国家经济发展中，高速铁路承担着“道路先行”的角色和定位，关系着公共交通社会效益的发挥和经济效益的创造，因此，国家极其关注高速铁路的安全使用[1]。在高速铁路的建设过程中，时常会面临需要跨越山川河流或实现道路立体交叉的情况，必须修建桥梁进行连接。由于桥梁的建造技术、地处环境等的特殊性，在运营过程中，桥梁会面临自然环境的风沙侵蚀、建筑材料的老旧氧化、长期使用的结构损伤等挑战，不可避免地呈现出疲劳效应，导致桥梁的抗力衰减，抵抗自然灾害的能力下降，甚至在正常环境下的运营也存在问题，最极端情况下，还可能发生灾难性的突发事故[2]。而桥梁的结构健康一旦出现重大问题，难以维持运营，将会直接影响高速铁路相关路段的正常通行，给国家和社会造成损失。在此风险下，高速铁路桥梁的管理和养护极其重要，是保障桥梁乃至高速铁路健康运行的必要措施。
通常来说，导致高速铁路桥梁发生安全事故的原因不是单一的，而是涵盖了从设计初期到运营维护的各个阶段，具体包括设计规划的不合理性、施工管理中的疏漏、建筑材料质量不达标以及后期维护保养工作的缺失等多方面因素，都会在一定程度上影响桥梁结构的健康状态，增加桥梁结构损伤的风险。维持高速铁路桥梁的正常运营需求，需要保障桥梁的适用性、安全性和耐久性等性能特征在合理的阈值内，需要采取有效的技术手段实时、长期地监测和预警桥梁结构损伤情况，为桥梁的健康管养提供科学的安全评价依据[3]。随着信息技术的不断迭代升级，桥梁监测与检测技术飞速进步，桥梁管理与养护工作正逐步迈向数据化、智能化及科学化的新高度。
1.2国内外研究现状
1.2.1桥梁健康监测研究
桥梁健康监测在20世纪中期就在美国得到应用，当时主要是借助人工对桥梁结构进行定期的安全监测，具有局限性。直到信息技术的出现，检测手段由人工向一体化智能监测系统转变，定期检测也变为实时监测。
美国一位工程师在检测Rhode Island Bridge时指出，定期检查发现的桥梁病害，往往已经较为严重，连续的、自动的振动监测系统能完美解决定期检查发现病害不及时的问题[7]。
日本是第一个修建高速铁路专用线的国家[8]。由于境内多山的地形，日本原有的交通网络是由1067mm窄轨线路组成，这些线路无法适应较高的速度，相比之下，标准轨距和宽轨的速度升级潜力更大[9]。因此，与当时采用标准轨距或宽轨铁路系统的铁路国家相比，日本有着较高的新高速铁路需求。在修建高速铁路时，无可避免地需要修建高速铁路桥梁。为检测高速铁路桥梁的运营安全，日本开发出早期的桥梁健康监测系统利用传感器实现桥梁状态数据的实时传送[10]。日本明石海峡（Ashikaga-Kayo）大桥是世界第一跨悬索桥，因为横跨海洋，环境恶劣，要面临风荷载、海洋环境腐蚀等挑战，其健康监测系统也更为复杂，为了保障跨海大桥的顺畅运行，除了部署常规的应变和挠度传感器外，还增设了多套精密的风速计和地震测量设备，通过全面的健康监测手段来确保其正常运营[11]。
丹麦Faroe跨海斜拉桥，其长度达到1726米，在建设过程中采纳先进的施工监控与健康监测技术，确保设计参数的准确性和可靠性。当桥梁正式通车并进入运营的第一年，健康监测系统即开始记录桥梁的结构响应数据[12]。这些数据随后成为开发一套具备高效数据处理能力的健康监测系统的基石。此后，丹麦还在总长达1624m的大跨悬索桥——Greathearted桥上安装健康监测系统，监测桥梁健康状态并进行异常数据识别工作[13]。
2相关概念和理论基础
2.1相关概念
2.1.1结构健康监测
结构健康监测（Structural Health Monitoring），是指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到检测结构损伤或退化的目的[51]。一般而言，一个完整的结构健康监测系统通常包括传感器系统、数据采集与处理系统、数据管理系统、结构健康评估系统[52]。每个系统发挥着各自的作用，系统之间相互协同，可以实时地监测和安全评估桥梁的结构健康。
随着我国桥梁事业的快速发展，健康监测技术在桥梁工程中得到广泛应用，20世纪90年代起，桥梁健康监测系统开始在国内很多重要的桥梁上安装，如杭州湾跨海大桥、大门大桥、南京大桥、鄂东长江大桥、港岛大桥等。通过在桥梁上安装传感设备和摄像头，利用传感设备采集数据实时监测桥梁健康状况，如果发张异常会发出预警，以便尽早维护处理桥梁损伤。同时，还能监测桥梁的环荷载状况，评估桥梁在各种使用荷载下的性能。
2.1.2智能养护
随着科技技术的发展，桥梁的跨径越来越大，桥梁养护的难度也相应提高。传统的桥梁养护管理结合评估技术规范或评价方法，根据人工检测结果，评估桥梁安全，但主观性过强，且耗时长、效率低、不及时等，不利于节约养护成本，也无法进行实时监测。在科学技术发展后，桥梁养护开始引入智能技术，建立桥梁监测与安全评定系统，实时地掌握桥梁状态的变化，进行桥梁安全评估，能显著提高桥梁病害检测率，还能为桥梁开展科学、有效的养护工作提供决策依据，提高养护效率和效能。
2.2理论基础
2.2.1桥梁寿命管理理论
桥梁养护基本是预防性养护，养护目的主要在于保持桥梁处于健康状态、保障桥梁运营的服务性能、合理配置桥梁养护资源、降低服役期间的成本等，可概括为实现桥梁全寿命期内的整体最优[54]。也可以说，桥梁养护涉及到桥梁的全寿命周期，桥梁寿命管理理论贯穿桥梁养护的全过程，尤其是桥梁结构损伤的致因分析要考虑桥梁全寿命周期的具体情况，桥梁结构健康监测也要结合桥梁全寿命周期实施全方位监测[55]。
全寿命期管理理论认为，一个项目的管理应该在项目初期设计时，就要考虑到后续各阶段可能出现的问题，进行统筹管理，通过持续的、长期的、协调的、统一的管理，保证整个项目活动的各阶段都能连续，保证遇到问题时的决策整体一致。随着技术的迭代，桥梁寿命管理的核心观念是“全阶段、集成化和信息化”，全阶段是桥梁运营的全部阶段，集成化是集成桥梁各方面数据，信息化是利用信息技术赋能。具体做法是，运用SHM技术和BIM技术等，设计桥梁结构健康监测系统，通过全方位的健康数据采集和一体化整合，将分散的、割裂的、多元异构的数据集中在一起，经过一定的处理后用于智能分析与挖掘，为养护决策的科学化提供依据，为系统的集约式服务提供空间[50]。
3 元江特大桥结构健康智能监测 .................. 19
3.1 工程概况 .............................. 19
3.1.1 元江特大桥概况 ........................... 19
3.1.2 病害分析 ...................... 27
4 元江特大桥结构健康评价 ............................. 35
4.1 高速铁路桥梁结构健康状态综合评价指标体系 ........................ 35
4.1.1 指标选择原则 .............................. 35
4.1.2 指标选择依据 ................. 36
5 元江特大桥养护措施建议 ........................... 60
5.1 元江特大桥养护建议 ....................... 60
5.1.1 元江特大桥桥梁养护措施 ......................... 60
5.1.2 元江特大桥健康恢复计划 ........................... 62
5元江特大桥养护措施建议
5.1元江特大桥养护建议
由元江特大桥结构健康状态评价结果可以看出，元江特大桥结构健康状态整体良好，但在一些指标上还存在问题，尤其是钢构件、阻尼器等，可能会危及桥梁安全，有必要采取有效的养护和管理措施，保障桥梁的长效正常使用。
5.1.1元江特大桥桥梁养护措施
根据系统运行后得到的桥梁结构健康状态等级及养护的参考建议对桥梁病害提出以下养护措施：
第一，加强钢构件养护。钢桥锈蚀时造成钢桥使用寿命折减的重要因素，而良好的涂装防护是保证设计寿命和延长使用寿命的有效措施。要定期对元江特大桥钢梁进行锈蚀及涂装状况的检查，并及时进行涂装维护。费用预估：根据钢构件的损坏程度和需要更换的部件数量，费用可划分为防腐涂层费用、螺栓更换费用、支座修复或更换费用等，根据元江特大桥的桥梁规模和材料成本计算，预估为每年10万元。
第二，加强高强螺栓的检查、维护及防腐。其一，高强螺栓连接的构件，如果发现螺栓松动应该及时拧紧。同时，要对高强螺栓必须施加规范的预拉应力，M24高强螺栓设计预拉力为240kN ，M30为360kN 。其二，如发现油漆破裂、脱落，先应判断高强度螺栓是否松动或断裂，若有，则应将松动的高强度螺栓复位、断裂的高强度螺栓更新。若仅是油漆破裂、脱落、锈蚀、则应立即按原工艺进行涂装。其三，高强度螺栓更换，在大型节点，如果检查出较多的有问题高强度螺栓，同时更换的数量不应该超过节点螺栓总数的8%，安排有序更换；在小型节点中，由于螺栓数量相对较少，因此对于出现损坏或问题的螺栓，必须采取逐个更换的策略，确保所有有问题的螺栓都被替换掉，即应换尽换的原则。在更换过程中，有一个关键的要求，那就是在同一个连接处（或称为节点）上，新更换的螺栓、螺母以及垫圈，它们的材质、规格
