滑铁卢大桥是一座长434米，横跨英国伦敦泰晤士河的混凝土公路桥，属于A301公路的一部分。这座桥共有五跨，并沿中心对称，上部结构由两个钢筋混凝土多室箱梁和一个混凝土桥面板组成。箱梁和桥面板分别在两侧的边跨上连续，并在中跨的中心位置处由突出的悬臂支撑。1981年，这座桥被英国政府指定为II级历史文物建筑。

考虑到伦敦的气候及温度变化，桥上安装了多组伸缩缝，分别在两侧的桥台和跨中位置上。中跨处的滚动支座采用了特殊的设计。但最近的目视检查发现，支座处有雨水淤积和腐蚀的现象，这让人们担忧是否会出现限制桥梁纵向位移的情况。如果这种可能成为现实，则将需要更换大桥的连接装置，使桥台处可以允许更大幅度的纵向移动。当混凝土结构由于温度变化而热胀冷缩时，桥面板和桥台处会产生额外的应力。

桥头搭板由引桥两端的支座支撑。在2006年和2010年，大桥南北两侧桥台上的滚动支座被板式橡胶支座替换。然而，由于更换后的支座出现了严重移位现象,说明大桥的实际纵向位移值远远超过了预期设计范围。

由于滑铁卢大桥是英国历史文物建筑，且承载着伦敦市中心的交通运输，为了保证大桥的持续安全运营，笔者团队设计了一种桥台支座更换的补救方案，以及确定是否需要对中跨处的支座进行处理，以便在尽可能不影响人们的日常出行前提下，高效地完成支座更换。

为实现这一目标，需要详尽地了解目前大桥连接部位的热力学特性。因此，大桥随即安装了监测系统，收集12个月内的结构温度及位移数据，用于评估中跨处支座的腐蚀是否影响其位移容许值。通过建立大桥的热力学模型，可以更加准确地反映出桥梁的实际变化。而且，通过数值模拟还可以确定这种支座更换方案的有效性，为方案的设计提供参考。

在方案设计的初期，滑铁卢大桥安装了一种自动远程监控系统（SMS），其中包含48个温度传感器和20个位移传感器。考虑到大桥的日常及季节性位移主要由温度变化引起，因此，在两个跨中截面、两个梁端截面上安装了传感器，监测四个截面在竖向和横向上的温度变化。环境温度测量值可从附近的气象站获取。LVDT位移计可用来测量桥梁伸缩缝处的纵向位移。

除结构监测系统外，大桥上还安装了两个自动全站仪，用于监测连接到桥梁外表面的反射棱镜以及三面角反射器，使该桥作为研究InSAR卫星测量技术，以及桥梁监控测量技术的案例。

温度测量结果

任何构件内的温度作用分布都是由均匀温度和梯度温度组成，温度分布决定了构件沿桥梁纵向上的膨胀或收缩。虽然温差不会引起构件纵向长度的变化，但会导致构件产生弯曲和扭曲变形，以及内部应力。在测量的横截面中，通过每个传感器测量的温度平均值，可得出均匀温度分布曲线，并考虑截面面积进行加权计算。

图1 滑铁卢大桥均匀温度作用随时间的变化

从图1可以看出，大桥每天的温度波动很小，而季节性的温度变化要大得多，这是因为结构中存在大量的热惰性材料，其响应温度变化的时间较长。桥头搭板处的温度比大桥其余部分的温度明显偏高，尤其在冬季。这是由于搭板下方的机房产生的热量较高。但搭板处的混凝土温度升高并不会扩展到中跨，因此对整座桥梁的影响很小。

图2 与设计值相比，环境温度和均匀温度的变化

由于受到与周围环境间的热传递，以及太阳的辐射等影响，大桥的温度变化与瞬时环境温度之间没有直接关系。但是，通常会根据大桥所处地理环境的年均温差，确定热力学模型中的均匀温度设计值。图2显示了大桥每日最高和最低的环境温度值，以及BS EN 1991-1-5标准和英国国家附录（UK National Annex）中的最大和最小设计值。图2还显示了大桥均匀温度的变化（取桥跨3和桥跨4的平均值），以及大桥均匀温度作用的最大和最小设计值。