摘 要 本文以廣東某高速公路一簡支T梁橋為工程背景，利用橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的應變數(shù)據(jù)和一種橫向協(xié)同工作性能指標，實現(xiàn)了在不封閉交通的情況下，對在役橋梁的橫向協(xié)同工作性能進行了評估。結(jié)果顯示，該方法可以有效應用于多梁式T梁橋的橫向協(xié)同工作性能評價，適用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的進一步數(shù)據(jù)挖掘。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測;動應變;橫向協(xié)同工作性能

引言

橋梁可以跨越江河湖海，是交通設(shè)施互相連通的咽喉，在交通運輸中發(fā)揮重要作用。我國公路橋梁事業(yè)處于飛速發(fā)展的階段，截至2018年底，全國公路橋梁超80萬座，其中廣東省的公路里程和橋梁數(shù)目更是常年位于全國之首。

周良[1]等將其應用于上海市某市政橋梁，通過相關(guān)計算發(fā)現(xiàn)了鉸縫的可能存在病害，并在現(xiàn)場得到了驗證。杜晶[2]通過動載試驗、模擬橋梁損傷，基于撓度數(shù)據(jù)實現(xiàn)橋梁橫向聯(lián)系的損傷識別。

本文以廣東省某高速路一多梁體系梁橋作為工程背景。介紹了基于動應變監(jiān)測的橋梁橫向協(xié)同工作性能指標，并且利用該橋?qū)崪y的長期動應變監(jiān)測數(shù)據(jù)，對其橫向整體性進行了相關(guān)計算和分析評估。

1工程概況

該橋地處丘陵地帶，為分離式雙幅橋，跨徑組合為6×25m（先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或連續(xù)剛構(gòu)T 梁），全長156.04m。定期檢查資料顯示，該橋主要病害表現(xiàn)在多跨T梁腹板存在大量豎向裂縫，越靠近跨中越密集。管理單位及時對裂縫進行了修補，為全面了解修補后橋梁結(jié)構(gòu)的情況，在病害較為嚴重的第一、二跨布置了三個應變監(jiān)測截面。在每個截面布置14個光纖光柵應變傳感器以及5個光纖光柵溫度傳感器進行補償，主要監(jiān)測翼板和梁底的縱向應變。系統(tǒng)采樣頻率為20Hz，數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡實時傳輸至云，計劃幾年內(nèi)不間斷采集數(shù)據(jù)。

2橫向協(xié)同工作性能指標計算及評估

2.1 工作性能指標

為評價在役橋梁橫向的協(xié)同工作性能，需要定義一種新型的評價指標，該方法需要具備一定的科學性和普適性。若橋梁橫向構(gòu)件破壞，各片梁在外盒在作用下的力學響應也會隨之改變，橫向聯(lián)系破壞信息必含在兩片梁的力學響應中。該評價指標從梁底應變響應測量信息中提取反映結(jié)構(gòu)特征變化，即通過定義相鄰梁底動應變相關(guān)系數(shù)作為梁橋橫向協(xié)同工作性能指標[1]，以反映各片梁間的連接強弱。該指標定義為統(tǒng)一橫截面上各梁梁底中點縱向應變的相關(guān)系數(shù)：

該方法的科學性經(jīng)過相關(guān)理論推導和數(shù)值仿真實驗論證[1-2]，指標具有統(tǒng)計穩(wěn)定性，不會受短期外荷載的改變而改變，橫向連接的相對剛度是唯一可能導致指標變化的原因。因此，該指標可以方便用于計算運營橋梁橫向連接的性能。

2.2 應變數(shù)據(jù)預處理

應變長期監(jiān)測受結(jié)構(gòu)溫度影響較大，監(jiān)測數(shù)據(jù)常伴有趨勢性的溫度影響項。為更準確計算橫向協(xié)同工作指標，排除掉溫度的因素（溫度對各片梁的影響可能不一致）。通常的做法是對監(jiān)測到的應變數(shù)據(jù)，利用MATLAB進行簡單的去除溫度趨勢和降噪的預處理。

2.3 指標系數(shù)矩陣計算

為驗證該指標的合理性，采用一段該橋的實測數(shù)據(jù)，經(jīng)過預處理后，計算（i，j=1…7）整個矩陣的值。矩陣中越接近主對角線的點，其值越接近于1，這也意味著兩片梁靠得越近，其應變數(shù)據(jù)反饋出的數(shù)據(jù)相關(guān)性越好，說明結(jié)構(gòu)受力越均勻、合理;相反的，若兩片梁距離較遠，明顯可以看到的計算值越接近于0，二者之間數(shù)據(jù)相關(guān)性較低。指標系數(shù)矩陣的計算結(jié)果，一方面與工程常識相符，另一方面也說明該橋監(jiān)測的應變數(shù)據(jù)精度較高。

2.4 相鄰兩片梁協(xié)同工作性能評估

只取相鄰兩片梁的應變監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用上文提到的指標系數(shù)計算方法計算。為避免數(shù)據(jù)偶然性對結(jié)果造成的影響，對該橋六個月的橫向協(xié)同工作性能指標進行了計算。計算分析表明，該橋的指標系數(shù)結(jié)果皆位于0.81～0.96區(qū)間內(nèi)，相鄰兩片梁受力均勻，橋梁橫向整體性良好。

此外，可以用一種原始的方法對指標系數(shù)計算的結(jié)果進行驗證。即將相鄰兩片梁未經(jīng)任何處理的應變數(shù)據(jù)，畫在同一幅圖上，通過線性相關(guān)性分析，可大致判斷相鄰兩片梁之間聯(lián)系的健康狀態(tài)。結(jié)果表明，該橋相鄰兩片梁應變原始數(shù)據(jù)的線性擬合曲線斜率都在0.9～1.1之間，說明該橋相鄰兩片梁之間的聯(lián)系健康狀況良好，與上文中指標系數(shù)計算的結(jié)果一致。同時，該橋的定期人工檢測結(jié)果也顯示，橫向構(gòu)件均無明顯的病害發(fā)生。

3結(jié)束語

本文以廣東某高速橋梁實測的半年數(shù)據(jù)，對基于應變數(shù)據(jù)的橋梁橫向協(xié)同工作性能分析與評價進行了一定的探索。該方法經(jīng)過嚴格的理論推導，也通過有限元模擬車輛流的驗證，但在實橋上驗證的案例較少。因為通常情況下，中小橋出于經(jīng)濟因素，較少配備結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，故該案例較為難得。結(jié)果表明，該橋進行應變監(jiān)測的兩個跨中截面，橫向整體工作性能良好，相鄰兩片梁之間受力均衡。該結(jié)果也與該橋定期人工檢測的結(jié)果一致。實踐表明，該方法簡單直觀，可以有效用于已安裝橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的多梁式T梁結(jié)構(gòu)的橫向協(xié)同工作性能評估。

參考文獻

[1] 周良，閆興非，趙一鳴，等. 基于動應變監(jiān)測的板梁橋鉸縫狀態(tài)安全評估[J]. 中國市政工程，2018（5）：12-14.

[2] 杜晶.在役T型梁橋橫向聯(lián)系損傷的動靜力參數(shù)分析[D].北京：北京交通大學，2018.

作者簡介

林宏磊（1994-），男;學歷：碩士研究生，職稱：助理工程師，現(xiàn)就職單位：廣東交科檢測有限公司，研究方向：橋梁健康監(jiān)測技術(shù)。