尹云廳

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074）

炳草崗大橋長期健康監(jiān)測方案比選

尹云廳

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074）

炳草崗大橋作為一座已建成近10年的獨塔密索式斜拉橋，由于其橋結(jié)構(gòu)較為特殊，為了進一步保障炳草崗大橋運營的健康與安全，本文討論了3種適用于炳草崗大橋的橋梁遠程在線長期健康監(jiān)測方案。

一、工程概況

炳草崗大橋，主橋總長516.3米，主跨徑200米，橋面總寬23.9米，其中單塔斜拉23對共92根拉索，斜拉索跨徑150米，T型剛構(gòu)跨徑50米，主梁為預應力砼雙縱肋，主塔總高度180.8米。該橋的突出特點是，炳草崗金沙江大橋是由一座剛?cè)狍w系組合大橋，即單塔斜拉橋與T型剛構(gòu)組成組合體系，屬非對稱式的大橋。

二、混凝土斜拉橋常見病害及原因

2.1 拉索病害及原因

拉索是斜拉橋的重要組成部分,拉索病害通常主要分為三類（1）拉索護套病害（2）拉索鋼絲病害 （3）斜拉索錨具的銹蝕。不少已建斜拉橋出現(xiàn)了上述斜拉索的病害。

斜拉索病害的主要原因可以分為累積損傷和自然損傷。拉索的長期積累損傷主要是疲勞和腐蝕。對于自然損傷,主要是指偶發(fā)性事故如洪水、交通事故、船撞擊等不可預見的偶然事件導致的斜拉索損傷。

2.2 主梁的裂縫病害及其主要原因

斜拉橋的主梁不僅承受彎矩,同時也承受斜拉索的水平分力,處于受組合力狀態(tài),是斜拉橋上部結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu),主梁及橋面板在橋梁運營階段出現(xiàn)的最多的病害就是主梁頂板、橫隔梁及腹板出現(xiàn)裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因很多,如荷載作用、混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎的不均勻沉降以及鋼筋的銹蝕等,而許多裂縫往往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結(jié)果。

2.3 索塔病害及其主要原因

斜拉橋的索塔是承受荷載的主要構(gòu)件,索塔病害的主要表現(xiàn)為主塔偏位和混凝土裂縫。

2017年1月～12月，新疆油田勘探鉆井共開鉆70口井，完成54口，累計進尺約223383m，其中，應用去磺化環(huán)保鉆井液體系的井數(shù)達到43口，占總井數(shù)的80%，累計進尺約166079m，減少磺化類水基巖屑32812方，與磺化類水基巖屑相比，去磺化類水基巖屑的單位成本降低54%，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

對于主塔偏位其主要原因有:斜拉橋的索塔是一種懸臂結(jié)構(gòu),每根索的索力都會使索塔產(chǎn)生沿其水平方向的位移。許多水平作用經(jīng)過相互消減,疊加后在塔柱上反映出綜合位移,其中以塔頂最為顯著。

索塔混凝土普通裂縫的原因基本與上述主梁發(fā)生裂縫的原因相同。

索塔的疲勞損傷,其主要原因是車輛荷載作用、風力、溫差等因素會造成索力的變化。這些反復的、有周期的作用將會使混凝土斜拉橋的索塔出現(xiàn)疲勞損傷, 導致索塔錨固區(qū)的混凝土過早出現(xiàn)裂紋、承載能力下降、使用壽命減少。

三、炳草崗大橋健康監(jiān)測方案方案比選

3.1 方案一：炳草崗大橋遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)

（1）監(jiān)測系統(tǒng)

由傳感器、二次儀表及高可靠性的現(xiàn)場控制系統(tǒng)等部分組成。實現(xiàn)多種信息源、不同物理信號的采集與預處理, 并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對數(shù)據(jù)進行分解、變換以獲取所需要的參數(shù),以一定的形式存儲起來。用于采集監(jiān)測和評價中的3大類參數(shù)：荷載源，系統(tǒng)特性，橋梁的響應。同時還包括地基基礎的監(jiān)測、結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測和外觀的整體監(jiān)測。

（2）診斷系統(tǒng)

利用可實現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進行診斷, 包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，即狀態(tài)評估系統(tǒng)。

傳感器監(jiān)測到的實時信號,經(jīng)過采集與處理,由通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進行分析和判斷,從而對結(jié)構(gòu)的健康狀況作出評估。

該方案具有監(jiān)測內(nèi)容全面，人為因素少等優(yōu)點。缺點是結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)不直觀，分析狀態(tài)相對較復雜。

3.2 方案二：炳草崗大橋移動視頻監(jiān)測系統(tǒng)（主梁下方）

主要方法是在人工難以到達主梁下方設置自動行走與管理的視頻監(jiān)控設施、拉索采用索力爬行機器人、撓度采用激光位移傳感器；在人力能夠企及的地方采用人工定期檢測的方式。由于橋墩將隔斷自行桁架運行路線，因此對于主橋斜拉橋部分及連續(xù)剛構(gòu)部分需要設置三套裝置。該方案優(yōu)點是監(jiān)測直觀，方法成熟。缺點是人為因素較重。

（一）拉索監(jiān)測系統(tǒng)：對纜索的檢測采用爬行機器人與人工索力計相結(jié)合的拉索監(jiān)測系統(tǒng)，以人工定期檢測的方式進行。

（二）主塔監(jiān)測系統(tǒng)：主塔主要監(jiān)測內(nèi)容為塔內(nèi)拉索錨頭健康狀況，可以利用塔內(nèi)現(xiàn)有檢修通道，由檢測人員進入后直接進行檢查。

（三）主梁監(jiān)測系統(tǒng)：主梁主要監(jiān)測內(nèi)容為主梁變形及主梁下部裂縫情況，其中主梁變形監(jiān)測通過安裝激光位移計的方式，而主梁下部裂縫情況和斜拉索下錨頭狀況通過主梁下方的移動視頻監(jiān)測裝置進行高頻定期檢測。該方案優(yōu)點是監(jiān)測直觀，方法成熟。缺點是人為因素較重。

3.3 方案三：炳草崗大橋移動視頻監(jiān)測系統(tǒng)（主梁外側(cè)）

與方案（二）類似，但將自行桁架式視頻監(jiān)控裝置、安裝于主梁兩側(cè)，其優(yōu)點是不與橋墩及主塔位置沖突，可以通過繞行的方式設置，全橋可只設置兩套裝置視頻監(jiān)控設施，與方案（二）比較，將節(jié)約一套行走裝置，降低造價，缺點是無法對主梁下方所有位置進行觀測，只能對主梁外側(cè)面及底面進行觀測。

（1）拉索監(jiān)測系統(tǒng)：

對纜索的檢測采用爬行機器人與人工索力計相結(jié)合的拉索監(jiān)測系統(tǒng)，以人工定期檢測的方式進行。

（2）主塔監(jiān)測系統(tǒng)：

主塔主要監(jiān)測內(nèi)容為塔內(nèi)拉索錨頭健康狀況，可以利用塔內(nèi)現(xiàn)有檢修通道，由檢測人員進入后直接進行檢查。

（3）主梁監(jiān)測系統(tǒng)：

主梁主要監(jiān)測內(nèi)容為主梁變形及主梁外側(cè)及梁底裂縫情況，其中主梁變形監(jiān)測通過安裝激光位移計的方式，而主梁外側(cè)面、底面裂縫情況和斜拉索下錨頭狀況通過主梁外側(cè)的移動視頻監(jiān)測裝置進行高頻定期檢測。

四、結(jié)論

結(jié)構(gòu)遠程監(jiān)測是目前國內(nèi)外公認的監(jiān)控橋梁健康與安全狀態(tài)的重要手段。項目組總結(jié)了現(xiàn)有幾種主要的橋梁長期監(jiān)測方法，根據(jù)炳草崗大橋特點，并調(diào)查了類似的混凝土斜拉橋常見病害及原因，在此基礎上提出了三種適用于炳草崗大橋的橋梁遠程在線長期健康監(jiān)測方案。方案一監(jiān)測數(shù)據(jù)噪音大、識別率低，在對橋梁健康判斷時，不能直觀、準確的評估橋梁健康狀況。方案二及方案三測直觀，對混凝土結(jié)構(gòu)開裂等常見病害具有發(fā)現(xiàn)及時、定位準確等優(yōu)點，對管養(yǎng)人員專業(yè)水平要求較低，便于管養(yǎng)單位日常養(yǎng)護和長期健康監(jiān)測。

根據(jù)上述分析，推薦炳草崗大橋移動視頻監(jiān)測系統(tǒng)（主梁外側(cè)）（方案三）為推薦方案。

[1]蔣佳晉.橋梁變形監(jiān)測方案分析與監(jiān)測數(shù)據(jù)分析[J]. 江西建材, 2014(23).

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[3]喻艷梅.對橋梁安全問題的監(jiān)測方案研究[J]. 科技資訊, 2006(12):27-28.

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1007-6344（2016）08-0052-01

尹云廳（1993-）碩士 重慶交通大學 橋梁加固方向