李紅軍

(安徽省公路工程檢測中心,安徽 合肥 230022)

亳州市渦河人民大橋健康監(jiān)測設(shè)計研究

李紅軍

(安徽省公路工程檢測中心,安徽 合肥 230022)

在橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測設(shè)計時，參數(shù)較多，為節(jié)省經(jīng)濟(jì)、監(jiān)測合理、數(shù)據(jù)有效，對橋梁關(guān)鍵指標(biāo)的選取尤為重要。以亳州市渦河人民大橋為背景,重點對健康監(jiān)測設(shè)計在橋梁監(jiān)測關(guān)鍵指標(biāo)選取進(jìn)行研究。

健康監(jiān)測；關(guān)鍵指標(biāo)；監(jiān)測參數(shù)；數(shù)據(jù)有效

0 引 言

我國橋梁至今已達(dá)70多萬座，目前橋梁運營安全問題日趨嚴(yán)峻，交通運輸部于2007年印發(fā)關(guān)于《公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作制度》的通知，并于2013年發(fā)布《交通運輸部關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的若干意見》，針對安徽省公路密度超出全國一倍，公路網(wǎng)級橋梁達(dá)3萬多座的建設(shè)現(xiàn)狀，對運營橋梁的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行監(jiān)測，及時掌握橋梁運行狀態(tài)和發(fā)現(xiàn)早期病害，提高檢修維護(hù)效率，是橋梁運營安全的重要技術(shù)保障[1-2]。

當(dāng)前的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)大多是針對特大橋(如斜拉橋、懸索橋)而實施的，如蕪湖長江大橋、馬鞍山長江大橋，均建立了一套完整的以環(huán)境監(jiān)測、橋梁結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測、振動監(jiān)測為主體的綜合性大型橋梁結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測系統(tǒng)[2-4]。對于加固后橋梁進(jìn)行實時監(jiān)測預(yù)警則顯得尤為重要，通過安裝健康監(jiān)測系統(tǒng)來獲取橋梁的實際結(jié)構(gòu)信息、運營狀態(tài)等指標(biāo)，從而確保運營安全。

亳州市渦河人民大橋(圖1)為雙幅8跨普通鋼筋混凝土簡支T梁橋，跨徑組合均為8×22.2 m。按橋梁所處方位，該橋分為東幅橋和西幅橋。T梁高為1.35 m，頂寬為1.58 m，腹板寬為0.18 m。下部結(jié)構(gòu)均為雙柱式橋墩，樁基礎(chǔ)。該橋經(jīng)過加固處理后，為監(jiān)測橋梁的安全運營狀態(tài)，建立了橋梁實時健康監(jiān)測系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了加固處理后的橋梁健康監(jiān)測的關(guān)鍵指標(biāo)選取、監(jiān)測具體參數(shù)。

圖1 亳州市渦河人民大橋

1 監(jiān)測設(shè)計

通過技術(shù)手段監(jiān)測橋梁部分關(guān)鍵參數(shù),獲得關(guān)鍵參數(shù)的工作特征,并預(yù)測關(guān)鍵參數(shù)的發(fā)展趨勢，為橋梁管理養(yǎng)護(hù)提出調(diào)整、維修或加固建議。

總體來看，本橋運營安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)完成以下任務(wù)：① 橋梁特征監(jiān)測：對橋梁的動態(tài)特征(如振動模態(tài)、模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比等)進(jìn)行監(jiān)測。② 橋梁響應(yīng)監(jiān)測：對大橋運營狀態(tài)下變形進(jìn)行監(jiān)測，掌握大橋的實際受力狀態(tài)和使用工作狀況，預(yù)報可能存在的隱患或性能退化；對大橋的振動響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測分析，掌握其動力性能，判斷是否存在對大橋有害的振動。③ 根據(jù)所獲得的信息，對大橋進(jìn)行狀態(tài)評估。④ 在系統(tǒng)投入使用初期，重點結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)測得的信息，建立起精確可靠的預(yù)測模式，為長期穩(wěn)定的檢查維護(hù)計劃制定做準(zhǔn)備[5-8]。

1.1 關(guān)鍵指標(biāo)選取

運營期橋梁監(jiān)測關(guān)鍵指標(biāo)的提取，需要結(jié)合大橋的結(jié)構(gòu)計算分析和危險性分析、環(huán)境特點、使用需求等多方面，考慮監(jiān)測部位、構(gòu)件的全面性、代表性、重要性等進(jìn)行綜合分析以及根據(jù)該橋的特點以及管養(yǎng)單位的需要確定[9-10]。

(1) 因該橋凈空較低且通航，為了監(jiān)測船舶對橋梁的刮擦、碰撞等影響程度，對橋梁各墩柱傾斜進(jìn)行實時監(jiān)測。

(2) 根據(jù)橋梁檢測結(jié)果，對該橋病害較嚴(yán)重的橋跨關(guān)鍵部位，進(jìn)行撓度參數(shù)實時監(jiān)測。

(3) 因該橋上部結(jié)構(gòu)均為簡支T梁，對該橋選取4跨進(jìn)行振動響應(yīng)監(jiān)測，其中4跨包含病害較多和一般情況的橋跨。

1.2 主要監(jiān)測內(nèi)容

針對不同監(jiān)測項目，分別布設(shè)相應(yīng)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測，自動化監(jiān)測項目及相應(yīng)的傳感器見表1，本方案設(shè)計的各監(jiān)測項目測點布設(shè)位置情況見施工圖2，各傳感器采樣數(shù)據(jù)量見表2所列。

表1 自動化監(jiān)測項目及傳感器一覽表

表2 運營安全監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)量預(yù)算表

圖2 亳州市渦河人民大橋健康監(jiān)測設(shè)備布置圖

2 監(jiān)測結(jié)果

(1) 按照系統(tǒng)設(shè)計，完成監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場的安裝以及調(diào)試，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場比對、校準(zhǔn)(橋梁動、靜載試驗)，確定傳感器布設(shè)的正確及數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確。

(2) 對數(shù)據(jù)采集、接口規(guī)則、傳輸、Internet網(wǎng)絡(luò)的組建，數(shù)據(jù)庫存儲及Web發(fā)布整個系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。確保平臺展現(xiàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)一致及系統(tǒng)正常運行。

(3) 通過荷載試驗數(shù)據(jù)，對采集系統(tǒng)進(jìn)行報警值預(yù)設(shè)，對橋梁異常荷載或突發(fā)的隱患進(jìn)及時報警，保證橋梁及時管養(yǎng)，科學(xué)決策。

通過長時間的數(shù)據(jù)采集，獲得了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)穩(wěn)定且可靠，為橋梁安全狀況評估提供依據(jù)。加速度與撓度數(shù)據(jù)時程曲線如圖3、圖4所示。

圖3 橋梁撓度時程曲線

圖4 橋梁加速度時程曲線

3 結(jié)束語

通過對該橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的建立，為橋梁正常運營起到保駕護(hù)航的作用。系統(tǒng)運營一段時間以后，發(fā)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)及時、有效，滿足設(shè)計要求，能充分反應(yīng)橋梁的實際結(jié)構(gòu)特征信息。

結(jié)合本橋案例，開發(fā)橋梁網(wǎng)級運行監(jiān)測系統(tǒng)尤為必要，適時掌握各區(qū)域內(nèi)長大橋梁的運營狀況，為橋梁智能管理、科學(xué)決策將起到重要作用。

[1] 唐旋來，汪秉文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在橋梁健康監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]．計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011(1):174～177.

[2] 蘇木標(biāo)，杜彥良．鄭州黃河大橋遠(yuǎn)程振動監(jiān)測系統(tǒng)研究報[J]．鐵道學(xué)報,2006(6)：105～111.

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[4] 朱 勇，符欲梅.大佛寺長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)[J]．土木工程學(xué)報，2005,38(10)：66～71.

[5] 張 馳.橋梁健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)的若干問題研究[J]．國外建材科技，2006(4)： 51～53.

[6] 宗周紅，孫建林.下白石大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J]．鐵道學(xué)報，2008,30(5)：65～71.

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[8] 李愛群，繆長青.潤揚長江大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003,33(5)：544～548.

[9] 李東升，張 瑩，任 亮，等.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的傳感器布置方法及評價準(zhǔn)則[J]．力學(xué)進(jìn)展，2011，41(1)：39～50.

[10] 郭 健，孫炳楠.橋梁健康監(jiān)測中的關(guān)鍵問題和損傷識別方法[J]．公路，2006，17(4)：108～116.

2016-11-24；修改日期：2016-11-28

李紅軍(1982-)，男，安徽宿州人，安徽省公路工程檢測中心工程師．

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1673-5781(2016)06-0849-02