劉志東，仇繼好，李坤

（柳州東方工程橡膠制品有限公司，廣西 柳州 545000）

支座是連接上下部結(jié)構(gòu)的重要部件，能將上部結(jié)構(gòu)的恒載、活載和變形（位移和轉(zhuǎn)角）可靠地傳遞給下部結(jié)構(gòu)。球型支座具有承載力大、轉(zhuǎn)角靈活且各向轉(zhuǎn)動(dòng)性能一致的優(yōu)點(diǎn)，因此，被日益廣泛地運(yùn)用到各類(lèi)公路、鐵路、城市橋梁及建筑結(jié)構(gòu)中。近幾年交通的快速發(fā)展，橋梁的建設(shè)與維護(hù)已經(jīng)步入新的階段，同時(shí)，人們對(duì)橋梁安全性倍加關(guān)注，橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，支座的受力監(jiān)測(cè)是橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，本文探究測(cè)力調(diào)力支座技術(shù)具有重要意義。

1 傳統(tǒng)球型鋼支座的基本情況

傳統(tǒng)的球型支座沒(méi)有測(cè)力功能，在使用過(guò)程中無(wú)法檢測(cè)支座的受力狀況、讀取支座的豎向承載力，無(wú)法準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)各截面的內(nèi)力分布情況，無(wú)法對(duì)橋梁設(shè)計(jì)理論的可靠性和設(shè)計(jì)方法的合理性作出驗(yàn)證，給支座的維護(hù)及結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了很大的不便。當(dāng)球型支座在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)，不能直觀檢測(cè)到支座的受力狀況，從而無(wú)法判斷橋梁上部結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，不利于及時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況。

當(dāng)由于軟土地基上的墩臺(tái)基礎(chǔ)不均勻沉降，張拉后產(chǎn)生的微量變形，梁體結(jié)構(gòu)支撐墊石標(biāo)高難以避免的施工誤差等因素導(dǎo)致橋梁支座承壓不均勻現(xiàn)象，將會(huì)改變上下部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)支座受力異?；蛐遁d脫空時(shí)，給結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)了隱患。

2 支座測(cè)力調(diào)力及集群采集技術(shù)

2．1 測(cè)力調(diào)力支座

測(cè)力調(diào)力支座同時(shí)將調(diào)力技術(shù)和光纖光柵測(cè)力技術(shù)集為一體，可實(shí)現(xiàn)力值進(jìn)行調(diào)整并可對(duì)支座受力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的球型支座產(chǎn)品，具備對(duì)支座受力情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳輸功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)到支座受力不均勻度或地基沉降超過(guò)設(shè)計(jì)容許值時(shí)，可以對(duì)支座進(jìn)行調(diào)力，以使支座的受力重新達(dá)到合理范圍內(nèi)，能減少因受力不均勻?qū)α后w及墩部造成的損傷。測(cè)力調(diào)力支座根據(jù)其原理在球型支座上設(shè)置有光纖光柵測(cè)力模塊及支座調(diào)力系統(tǒng)。光纖光柵測(cè)力模塊與支座外圍的解調(diào)儀通過(guò)光纜連接，當(dāng)支座受到豎向承載力時(shí)，光纖光柵測(cè)力模塊能準(zhǔn)確感知壓應(yīng)力并傳輸?shù)浇庹{(diào)儀上顯示出來(lái)。調(diào)力系統(tǒng)包括支座內(nèi)部調(diào)力系統(tǒng)和外部加注設(shè)備調(diào)力系統(tǒng)，支座內(nèi)部調(diào)力系統(tǒng)調(diào)力層，調(diào)力層包括密封板、調(diào)力填充墊板、調(diào)力填充管道及進(jìn)出通道內(nèi)螺紋預(yù)留孔，密封板的周邊與容納腔的側(cè)壁密封貼合，調(diào)力填充墊板設(shè)置在對(duì)應(yīng)調(diào)力層的密封板的下方，調(diào)力填充墊板的頂面與密封板的底面貼合，調(diào)力填充墊板內(nèi)設(shè)置調(diào)力填充管道，進(jìn)出通道內(nèi)螺紋孔設(shè)置在容納腔的側(cè)壁，調(diào)力填充管道與進(jìn)出通道內(nèi)螺紋相連，外部加注設(shè)備調(diào)力系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)出通道內(nèi)螺紋孔與調(diào)力填充管道連通。

測(cè)力調(diào)力支座其關(guān)鍵在于在確保支座承載力、水平力、轉(zhuǎn)角、位移等性能情況下將測(cè)力構(gòu)造和調(diào)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)組合與支座結(jié)構(gòu)集成一體，調(diào)力采用雙組份填充材料，為防止雙組份填充材料凝固后將把原有的管道結(jié)構(gòu)堵塞，避免無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的調(diào)力，確保調(diào)力球型支座的多次調(diào)力功能的正常進(jìn)行力值調(diào)整，將每次調(diào)力設(shè)計(jì)成多腔體多管道相互獨(dú)立結(jié)構(gòu)，采確保每次調(diào)力結(jié)構(gòu)互不干涉，前次調(diào)力后對(duì)其他的調(diào)力結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響，保證了后續(xù)調(diào)力的填充管道及密封圈不受影響，確保每次調(diào)力的可行性。測(cè)力調(diào)力支座滿足橋梁支座性能使用要求，也是一種大負(fù)荷傳感器，可對(duì)作用在支座上的載荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)讀??；同時(shí)，也是一種大噸位的“千斤頂”，可在持荷狀態(tài)下對(duì)支座的受力進(jìn)行調(diào)整。

2．2 支座數(shù)據(jù)集群采集技術(shù)

支座數(shù)據(jù)集群采集系統(tǒng)是一個(gè)以測(cè)力支座為核心部件、以數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模塊和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊為輔助設(shè)備，借助現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)組成的支座測(cè)力監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。支座測(cè)力系統(tǒng)由光纖光柵測(cè)力模塊、光纖光柵解調(diào)儀、有線或無(wú)線傳輸裝置和供電系統(tǒng)等設(shè)備組成。安裝在不同橋墩位置的多個(gè)或單個(gè)支座上光纖光柵測(cè)力模塊通過(guò)感知測(cè)力彈性體的壓應(yīng)力變化輸出壓力波長(zhǎng)信號(hào)輸送到解調(diào)儀上，解調(diào)儀經(jīng)過(guò)對(duì)波長(zhǎng)信號(hào)分析計(jì)算，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸發(fā)送至終端設(shè)備，終端設(shè)備接收數(shù)據(jù)、分析及處理后直觀顯示支座實(shí)際荷載并與支座正常使用荷載進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)，結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析保存等的自動(dòng)化，出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)支座載荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2．3 支座測(cè)力調(diào)力及集群采集技術(shù)特點(diǎn)

（1）支座實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)力功能：通過(guò)外接設(shè)備注入填充材料使支座力值發(fā)生變化，無(wú)須將梁體頂升后再調(diào)整，支座可在額定承載下實(shí)現(xiàn)載荷調(diào)力，同步動(dòng)態(tài)測(cè)力、調(diào)力，根據(jù)梁體受力情況，設(shè)定該點(diǎn)的調(diào)力目標(biāo)，以調(diào)整受力力值達(dá)到預(yù)期。（2）全程監(jiān)測(cè)可控：在進(jìn)行緩慢均勻支座調(diào)力過(guò)程中，整個(gè)調(diào)力工作有序可控，各類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸進(jìn)行集中，統(tǒng)一指揮，全程可控效果。（3）采用光纖光柵測(cè)力元件光波信號(hào)變化檢測(cè)支座承載力，不需要提供電源，抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)置溫度變化補(bǔ)償修正，可對(duì)使用該系統(tǒng)的所有橋梁的支座受力狀況實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)與管理。

3 支座測(cè)力調(diào)力及集群采集技術(shù)應(yīng)用

某一跨江直塔斜拉橋主跨跨度：100+218+100米,主塔設(shè)計(jì)采用測(cè)力調(diào)力支座，以便對(duì)主塔支座的受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該橋設(shè)計(jì)采用塔梁固接體系，上部結(jié)構(gòu)的重力和活載反力需經(jīng)支座傳遞到橋墩，因此，設(shè)置的支座規(guī)格最大達(dá)到75MN。由于橋梁的施工周期較長(zhǎng)，橋梁的上部構(gòu)造需在支座安裝后才進(jìn)行施工，為避免施工過(guò)程中損壞線路及測(cè)力系統(tǒng)，為了便于施工，在支座安裝時(shí)暫未布線安裝解調(diào)儀系統(tǒng)。結(jié)合施工進(jìn)度制定在上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中某些施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集方案，以便了解施工過(guò)程中上部載荷的變化，支座安裝后，及時(shí)對(duì)支座上的光纖光柵測(cè)力模塊進(jìn)行置零，分別在主橋合攏前、主橋合攏后、布線（大型施工設(shè)備拆除）、索力調(diào)整后、鋪裝混凝土等節(jié)點(diǎn)對(duì)支座進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集。調(diào)力測(cè)力支座設(shè)計(jì)完成后，按照相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格遵守供貨檢驗(yàn)規(guī)定，完成供貨安裝。結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)度，根據(jù)制定的人工數(shù)據(jù)采集方案，在相關(guān)節(jié)點(diǎn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，記錄各采集時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)溫度及支座豎向承載力等數(shù)據(jù)。

從記錄的數(shù)據(jù)可知，合攏前后各單個(gè)支座受力變化不大，總載荷跟隨梁體重量的增加稍微增長(zhǎng)，布線時(shí)已將橋面的大型施工設(shè)備拆除，各單個(gè)支座受力和總荷載隨梁體重量的減少而減少，調(diào)整索力后，梁體的受力點(diǎn)發(fā)生了變動(dòng)，各個(gè)支座受力發(fā)生了相應(yīng)的變化，但總荷載與布線時(shí)基本一致，橋面鋪裝混凝土后，增加橋面混凝土的重量，各單個(gè)支座受力和總荷載隨鋪裝混凝土的增加而增大。

施工完成對(duì)所有測(cè)力調(diào)力支座進(jìn)行接線解調(diào)儀系統(tǒng)，借助通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行集群自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)連續(xù)自動(dòng)采集分析。支座現(xiàn)場(chǎng)不需提供電源，光纖光柵測(cè)力模塊內(nèi)置溫度變化補(bǔ)償，消除了溫度變化引起的差異，早晚溫度變化對(duì)測(cè)力沒(méi)有影響，所有測(cè)力調(diào)力支座測(cè)出的總荷載與理論計(jì)算載荷基本一致，誤差小于3%，對(duì)支座受力狀況實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)與管理，為后期該橋梁健康運(yùn)營(yíng)、安全評(píng)估和科學(xué)管養(yǎng)提供了有效的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

支座測(cè)力調(diào)力及集群采集技術(shù)創(chuàng)造性的將光纖光柵測(cè)力傳感技術(shù)、“千斤頂”持荷調(diào)整頂升技術(shù)與橋梁支座技術(shù)的有機(jī)結(jié)合成一體，借助現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)形成的支座載荷集群數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該技術(shù)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支座的受力數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理、分析、保存、預(yù)警功能，可以反映橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，并可以準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)各截面的內(nèi)力分布情況，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)理論的可靠性和設(shè)計(jì)的合理性作出驗(yàn)證；通過(guò)監(jiān)測(cè)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)反力，可準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便地計(jì)算出超靜定橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際內(nèi)力分布情況，并根據(jù)支點(diǎn)反力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布評(píng)估橋梁的支承狀態(tài)和及其受力的安全性。該技術(shù)為橋梁工程結(jié)構(gòu)的健康運(yùn)營(yíng)、安全評(píng)估和科學(xué)管養(yǎng)提供有效的科學(xué)依據(jù)，使我國(guó)的橋梁工程的建設(shè)和智慧交通網(wǎng)發(fā)展具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。