張景科/廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院

廣東省某S型橋梁長期健康監(jiān)測分析

張景科/廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院

為保證某S型橋梁的安全使用性能，筆者在近幾年對該橋進(jìn)行了詳細(xì)的監(jiān)測，通過其垂直位移和水平位移的計(jì)算分析，并結(jié)合現(xiàn)場橋梁工作狀態(tài)及各個(gè)部位的運(yùn)營照片，做到了計(jì)算結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)橋梁使用的安全隱患，為橋梁安全使用提供技術(shù)借鑒。

S型橋梁；健康監(jiān)測；位移

一、橋梁概況

依托工程是廣東省內(nèi)某高速公路大橋，全長835.498米，平面位于三個(gè)交點(diǎn)組成的兩段S形曲線上，相應(yīng)的圓曲線半徑分別為310m，310.46m和376.59m，見圖1。橋梁為左右幅分離式橋，上部構(gòu)造采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，設(shè)計(jì)為雙向4車道。其左右幅分別由6聯(lián)組成，箱梁為雙幅單箱單室，每孔跨中及支點(diǎn)處設(shè)置橫隔板。每聯(lián)端部設(shè)置雙支座，其余為單支座。

經(jīng)初步檢測，發(fā)現(xiàn)該橋各聯(lián)間存在較大的相對位移。

二、監(jiān)測工作

（一）垂直位移監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)和測量方法

由于該橋跨越河流且橋下障礙較多，橋墩垂直位移監(jiān)測點(diǎn)和橋面垂直位移監(jiān)測點(diǎn)均布置在橋面上，橋墩垂直位移監(jiān)測點(diǎn)布置在墩頂對于的橋面上，與橋面垂直位移監(jiān)測點(diǎn)共有。監(jiān)測點(diǎn)沿行車道兩邊在第一聯(lián)和第六聯(lián)每孔跨中、1/4跨和支點(diǎn)上用沖擊鉆鉆孔，打入鋼釘或膨脹螺絲布設(shè)，布點(diǎn)圖如圖1所示。

圖1 橋墩垂直位移和橋面垂直位移監(jiān)測點(diǎn)

橋墩垂直位移監(jiān)測和橋面高程監(jiān)測按二等水準(zhǔn)測量要求，使用徠卡精密水準(zhǔn)儀NA2+測微器GPM3和銦鋼水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行。通過比較后續(xù)的各期觀測值與原始高程數(shù)據(jù)的差值，計(jì)算各高程監(jiān)測點(diǎn)變化值。

（二）水平位移監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)和測量方法

為減少行車荷載對監(jiān)測結(jié)果的影響，橋面水平位移監(jiān)測點(diǎn)布置在位于一端橋頭的第六聯(lián)。根據(jù)現(xiàn)場通視情況，在墩頂橋面或者對應(yīng)的防撞欄上布置監(jiān)測點(diǎn)。在每幅橋面外側(cè)橋頭處各設(shè)置一個(gè)定向基準(zhǔn)點(diǎn)，在周圍合適位置布設(shè)測量基點(diǎn)，左右幅各作為一組觀測，布點(diǎn)圖見圖2。

圖2 橋面水平位移監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

三、監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

（一）垂直位移監(jiān)測結(jié)果

2012、2013、2014年的橋墩垂直位移和橋面垂直位移監(jiān)測結(jié)果見圖8。第一次沉降為2012年高程值減去2013年高程值，第二沉降為2013年高程值減去2014年高程值，累計(jì)沉降為2012年高程值減去2014年高程值，單位mm。正值表示下沉，負(fù)值表示上升。

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，橋墩垂直位移量最大處為L34，累計(jì)下沉4.63mm，橋面垂直位移量最大處為R1-3，累計(jì)下?lián)?.77mm。由于監(jiān)測是在正常交通荷載下進(jìn)行，監(jiān)測結(jié)果表明該橋2012—2014年無明顯垂直變形，橋梁垂直位移數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

（二）水平位移監(jiān)測結(jié)果

2012、2013、2014年的橋面水平位移監(jiān)測結(jié)果見表1。第一次位移為2012年坐標(biāo)值減去2013年坐標(biāo)值，第二位移為2013年坐標(biāo)值減去2014年坐標(biāo)值，累計(jì)沉降為2012年坐標(biāo)值減去2014年坐標(biāo)值，單位mm。2012年監(jiān)測溫度為18.5℃，2013年監(jiān)測溫度為29.3℃，2014年監(jiān)測溫度為12.1℃，因此第一次位移為升溫10.8℃，第二次位移為降溫17.2℃。

表1 橋面水平位移監(jiān)測結(jié)果（mm）

由于監(jiān)測點(diǎn)所在橋梁中心線為R=376.6m的圓曲線，監(jiān)測點(diǎn)布置在右幅的外側(cè)，橋梁寬度為11.5m，所以監(jiān)測點(diǎn)位移R=388.1m的圓曲線上。其中監(jiān)測坐標(biāo)N軸與監(jiān)測原點(diǎn)DZ1點(diǎn)處切線之間的夾角 0β =-94.18°（逆時(shí)針為正），將橫向位移和縱向位移轉(zhuǎn)化為徑向位移和切向位移，結(jié)果見表3-6。切向位移以里程減小方向?yàn)檎?，徑向位移以指向曲線外側(cè)為正。

表2 橋面水平位移監(jiān)測結(jié)果坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（mm）

表3 切向位移理論值（mm）

橋梁的徑向位移從監(jiān)測結(jié)果看最大為3.3mm。混凝土梁橋在均勻溫度作用下，若不考慮支座對結(jié)構(gòu)變形的約束時(shí)，梁體會(huì)產(chǎn)生均勻的自由應(yīng)變，

式中?l為變形量，單位為m；α為混凝土的線膨脹系數(shù)0.00001；Tt為時(shí)刻t的結(jié)構(gòu)均勻溫度，攝氏度；T0為結(jié)構(gòu)初始均勻溫度；l0為構(gòu)件變形方向上的長度。以R34固定支座為不動(dòng)點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)切向位移理論值如表3所示。

從橋梁切向位移的監(jiān)測結(jié)果可以看出，橋梁在溫度變化下，切向變形量明顯小于式（1）計(jì)算出來的變形量（表3），可以判斷橋梁在切向上的變形是受到約束的。而橋梁的徑向位移，有向外側(cè)增長的趨勢。

四、橋梁定期檢測結(jié)果綜合分析

經(jīng)現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)該橋下部結(jié)構(gòu)不存在顯見性裂縫和結(jié)構(gòu)變位，外觀基本完好，病害主要集中在箱梁梁體和支座處。其中箱梁梁體出現(xiàn)多處豎向和斜向裂縫和混凝土破損露筋，裂縫主要出現(xiàn)在箱梁腹板，最大裂縫寬度為0.4mm，可以推斷與梁體扭轉(zhuǎn)、混凝土收縮徐變等因素有關(guān)。此外，該橋部分活動(dòng)盆式支座出現(xiàn)支座滑移，同時(shí)大部分支座墊板、鋼盤和固定螺栓出現(xiàn)銹蝕，這可能是該橋切向變形受到較大約束的原因之一。此外檢測中還發(fā)現(xiàn)了8處伸縮縫橡膠止水帶破損，長度介于0.3m～2m之間。

[1]張明.鋼筋混凝土曲線梁橋溫度變形研究[D].長安大學(xué),2004.

[2]申貴. 預(yù)應(yīng)力筋布置對曲線連續(xù)梁橋受力影響研究[D]. 重慶交通大學(xué)碩士論文,2013,26(2):94-100.

[3]方向輝.車公廟立交工程預(yù)應(yīng)力曲梁梁體側(cè)傾事故的分析與探討[J].廣東土木與建筑,1999(4):88-92.

[4]包中學(xué). 高墩小半徑曲線梁橋收縮徐變和溫度效應(yīng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008.

[5]徐毅. 預(yù)應(yīng)力曲線連續(xù)箱梁橋徑向偏位影響因素及其對策研究[D]. 中國道鐵科學(xué)研究院碩士論文,2014.