在交通基础设施建设中,桥梁是跨越大江大河、峡谷及湖泊等自然障碍的关键构筑物之一。这些关键构筑物的建设很重要,运营维护同样重要。忽视运营维护所造成的垮塌等事故也屡见不鲜,不仅带来了巨大的生命和财产损失,也造成了严重的、恶劣的社会影响。对这些关键建筑物进行运营期间的长期自动监测和评估就显得非常重要。巴东长江大桥作为一座跨越长江的特大型桥梁,为保障桥梁运营期的安全,对其进行长期健康监测是运营期的重要环节。本文根据巴东长江大桥具体工程项目,在总结和研究当前国内外桥梁健康监测以及评估技术的基础上,研究开发了该桥的健康监测系统。本文的主要工作包括:(1)本文首先介绍了桥梁健康监测的研究现状及发展动态,分析了健康监测系统对大桥安全运营的重要性,然后提出了巴东长江大桥合理的健康监测方案:以软件控制操作系统为平台,以数据管理为中心,采用传感器系统、数据采集传输与处理系统、安全评估与预警系统相结合的功能模式,健康监测系统具有实用性强、兼容性好、安全可靠等优点。(2)采用Midas/civil软件对巴东长江大桥进行有限元分析,研究结构在移动、温度等不同荷载下的静力响应,通过分析发现主梁在除1/2L、1/4L等传统截面应力变化明显外,还在距离中跨跨中40.4m的位置出现较明显的应力变化。通过分析也发现,在索塔距离主梁垂直向上59m位置处,出现较明显的应力变化。在确定应力监测位置时,将该两处位置纳入应力监测范围。同时开展对巴东长江大桥的动力特性分析研究。(3)通过有限元分析,掌握了大桥的静动力特性,找到了结构的敏感位置,为传感器的合理优化布置提供了指导,并根据分析结果研究制定了该桥的健康监测项目,包括索塔变位、主梁挠度、拉索索力、结构应变与温度、伸缩缝位移、主梁动力特性等。根据分析结果确定了监测指标的阈值,依据阈值选择传感器类型。在进行主梁动力传感器优化布置时,研究采用遗传算法作为计算传感器最优埋置点的基本算法,通过Matlab程序加以实现,并通过比较分析埋置10个、20个、30个动力传感器的优劣势,最终确定了主梁埋置20个动力传感器的方案。(4)结合国内外桥梁安全评估最新研究成果,提出了建立在层次分析法和变权综合原理基础上的巴东长江大桥安全评估模型,根据有限元分析结果计算底层监测指标初始权重,并利用变权综合原理修正权重。为了使各监测数据序列在同一标准下评分,采用数学方法对各监测数据序列进行无量纲化处理。提出采用静力评估与动力评估相结合的评估策略,并且根据建立的评估模型,开发健康监测评估算法程序。(5)根据监测系统要求,对健康监测系统的数据采集与传输子系统进行了研究设计,主要对数据的采集与传输运作流程进行了具体设计,并提出合理的数据采集存储策略。根据数据采集与使用特点,设计数据管理子系统,解决了数据冗杂问题。最后,通过对用户界面系统的设计,完成对数据的展示。