1 铺前大桥工程概况

海南铺前大桥横跨海南岛东北部的铺前湾海域，项目起点与文昌滨海旅游公路相接，终点与海口江东大道二期工程相接，大桥连接文昌市铺前镇和海口市演丰镇，是文昌木兰湾规划区与海口江东组团对接的关键节点工程，也是海南省迄今为止规模最大的独立跨海桥梁工程。

铺前大桥项目路线总长5.597 公里，其中跨海大桥长3.959 公里（见图1.1），桥头引线长1.638 公里，采用双向六车道一级公路标准，设计速度80 公里/小时，桥梁宽度32 米。跨海大桥文昌侧引桥长1113 米，采用等截面预应力混凝土箱梁；通航主桥桥长460 米，采用（230+230）米独塔斜拉桥；海口侧引桥总长2386 米，其中跨断层引桥采用等截面钢箱梁，长581 米，普通段引桥采用等截面预应力混凝土箱梁，长1805 米。本项目对通航主桥以及海口侧跨断层引桥进行健康监测系统设计。

本项目具有以下特点：

  （1）海南省迄今为止规模最大的独立跨海桥梁工程；

  （2）地震烈度为Ⅷ度，50年超越概率10%动峰值加速度0.35g、50年超越概率2%动峰值加速度0.59g，为国内最大；

  （3）设计基本风速49.5米/秒，为国内最大；

  （4）跨越发震活动断层，为国内唯一；

  （5）位于进出东寨湾的唯一航道上，船撞风险高。

图1：铺前大桥总体概略布置效果图

2 健康监测系统

    铺前大桥跨越复杂的地理环境，承载着重要的交通运输功能，保证大桥建成后的正常使用是设计“铺前大桥健康监测系统”的主要任务。该系统的设计特点如下：

（1）    针对该跨海大桥，对全项目进行全覆盖全面设计，系统设计包含了主桥及引桥，并根据各自特点进行重点设计；

（2）    针对跨越发震活动断层，布设多个强震动台站组成地震观测网；

（3）    针对海洋复杂气象、腐蚀环境，设置气象观测站，安装阳极梯进行腐蚀监测；

（4）    针对桥梁所处强震区域，结构布设三向加速度传感器；

（5）    针对超载问题，设计了动态称重系统及配套的视频监控系统；

（6）    针对斜拉索索力变化，安装加速度传感器；

（7）    针对钢箱梁疲劳问题，对钢主梁重点断面进行第二、第三体系应力监测。

以上问题及特点可归结为下图所示：

图2：铺前大桥健康监测系统针对性设计特点

3 铺前大桥Benchmark模型简介

结构健康监测的Benchmark模型是一种能够精确体现结构工作性能并适用于处理一系列相似工程问题的基准模型，能够在给定状态下，比较和评价不同的健康监测方法标准，对桥梁的设计、运营以及管养等方面有重要意义，为健康监测技术从理论到实践架起了一座桥梁。

本文针对桥梁健康监测研究的不同内容建立两种有限元模型。首先采用反映结构整体性能的“鱼骨梁”模型，使用Matlab对结构的刚度矩阵和质量进行模拟，建立Matlab简化模型，该模型划分单元数较少，能实现动力分析、快速状态评估并对灾害作出进行实时预警等Benchmark模型的功能。然后采用板壳单元，使用Abaqus建立主梁的精细分析模型，由于是在构件尺度上进行建模，单元数划分更多，对斜拉桥主梁的空间受力行为模拟更精确，能够实现结构静力分析和局部构件的损伤分析等功能。

图3：铺前大桥Benchmark模型平台

图4：铺前大桥模型

文件下载：铺前大桥Benchmark文件.rar

（附件包括：铺前大桥Benchmark模型简介+代码文件）