王一平 （南京科興工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210039）

1 橋梁概況

提水站橋位于南京市六合區(qū)淮六線S247，跨金牛湖提水站取水河道，橋梁中心樁號(hào)為K125+600，橋跨布置為：1×42.4m，橋梁全寬17.0m，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-20，掛車-100。上部結(jié)構(gòu)為混凝土剛架拱，下部結(jié)構(gòu)為輕型橋臺(tái)，挖孔灌注樁基礎(chǔ)，橋面為瀝青混凝土鋪裝。主橋立面見圖1，主橋橫斷面見圖2。

圖1 提水站橋立面圖

圖2 提水站橋橫斷面圖

2 橋梁結(jié)構(gòu)病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)部分，其中硬件部分包括：①傳感器系統(tǒng)；②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；③數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)；④數(shù)據(jù)收集及存儲(chǔ)系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控中心上位機(jī)上的病害監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上基于數(shù)據(jù)深度處理的結(jié)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)等。橋梁現(xiàn)場(chǎng)主要由傳感器和采集模塊獲得響應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此外，用戶可以通過手機(jī)、Pad等移動(dòng)手持設(shè)備訪問在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，隨時(shí)隨地獲取橋梁動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

2.2 病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)警報(bào)

該橋病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)址：http://testelectron.eicp.net:10800/ST004736/login.jsp。在該系統(tǒng)中，根據(jù)剛架拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和橋梁結(jié)構(gòu)相應(yīng)的設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)規(guī)范，預(yù)先設(shè)定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)的限值，并在該系統(tǒng)中留下橋梁管理人員的聯(lián)系方式，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大于設(shè)定的限值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將超限的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)到監(jiān)管人的手機(jī)上，提醒管理人員加強(qiáng)注意，應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)范，拱橋的跨中豎向撓度的限值為L(zhǎng)/800（L為計(jì)算跨徑），即提水站橋跨中撓度的限值為5.3cm，拱橋上弦桿的橫豎向裂縫的限值為0.25mm。

3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施

3.1 監(jiān)測(cè)的必要性

經(jīng)近幾年對(duì)提水站橋的定期檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)提水站橋的上部結(jié)構(gòu)存在較多問題，其中裂縫、破損現(xiàn)象最為突出，且拱片裂縫、橫系梁破損病害數(shù)量在不斷增加，已有病害破壞程度也在不斷惡化。簡(jiǎn)單列舉了提水站橋上部結(jié)構(gòu)典型病害，見圖3～圖8。

圖3 1#拱片拱頂橫向開裂

圖4 2#弦桿底面距1#臺(tái)8m處橫向裂縫，寬約0.12mm

圖5 6#弦桿底面距1#臺(tái)8m處橫向裂縫

圖6 5#弦桿底面距1#臺(tái)8m處橫向裂縫

圖7 3#弦桿側(cè)面距1#臺(tái)8.3m處豎向裂縫，寬約0.1mm

圖8 7#弦桿底面距1#臺(tái)8m處橫向裂縫，寬約0.08mm

通過對(duì)提水站橋病害的檢測(cè)和分析發(fā)現(xiàn)，橋梁普遍且嚴(yán)重的病害有：拱片拱頂橫向開裂，部分裂縫延伸至腹板，有的裂縫進(jìn)行了砂漿修補(bǔ)處理，但也已重新開裂；其次，拱片空腹段上弦桿底面橫向裂縫，部分裂縫延伸至腹板，該裂縫的共同點(diǎn)是離1#橋臺(tái)的距離相近，裂縫位置接近同一截面處；再次，剛架拱片的大節(jié)點(diǎn)、小節(jié)點(diǎn)處受力復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，裂縫較普遍；最后，0#臺(tái)處拱片間橫向聯(lián)系出現(xiàn)破損、裂縫病害，部分微彎板斜向開裂。再要補(bǔ)充的是：拱腳埋入泥土中，無(wú)法檢測(cè)，拱腳與橋臺(tái)連接處負(fù)彎矩較大，也是拱片的薄弱部位，同時(shí)提水站橋結(jié)構(gòu)較老舊，承載能力較低。綜上，為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全和行車舒適度，減小振動(dòng)損害，對(duì)該橋進(jìn)行裂縫、撓度監(jiān)測(cè)十分必要。

3.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)斷面具體位置

據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果、剛架拱橋的受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確定病害監(jiān)測(cè)的內(nèi)容為拱片裂縫寬度、拱片拱頂撓度。測(cè)試拱片截面位置和測(cè)試項(xiàng)目見表1，具體監(jiān)測(cè)斷面位置見圖9～圖12。

各監(jiān)測(cè)截面及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 表1

圖9 1#、4#、7#拱片拱頂撓度測(cè)點(diǎn)示意圖

圖10 2#拱片弦桿底面裂縫測(cè)點(diǎn)示意圖

圖11 3#拱片弦桿左側(cè)側(cè)面裂縫測(cè)點(diǎn)示意圖

圖12 7#拱片弦桿底面裂縫測(cè)點(diǎn)示意圖

3.3 監(jiān)測(cè)設(shè)備

2#、3#、7#拱片弦桿裂縫寬度監(jiān)測(cè)采用TZT-20L(B)4-20mAW裂縫計(jì)，實(shí)物圖見圖13；1#、4#、7# 拱片拱頂豎向撓度監(jiān)測(cè)采用TZT-1000A液壓式靜力水準(zhǔn)儀，實(shí)物圖見圖14，兩種儀器的主要性能指標(biāo)見表2。

圖13 TZT-20L(B)4-20m AW裂縫計(jì)

圖14 TZT-1000A液壓式靜力水準(zhǔn)儀

監(jiān)測(cè)設(shè)備主要性能指標(biāo) 表2

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

提水站橋現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綐蛄翰『υ诰€監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。我們?cè)O(shè)計(jì)的裂縫寬度和拱頂撓度監(jiān)測(cè)頻率都是1小時(shí)一組數(shù)據(jù)，現(xiàn)將2020年度6月份的裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析后繪制成圖，見圖15；6月份的撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析后繪制成圖，見圖16。

圖15 受測(cè)弦桿裂縫寬度6月時(shí)程曲線圖

圖16 受測(cè)拱片拱頂撓度6月時(shí)程曲線圖

由圖15可知，2#、7#拱片上弦桿的裂縫寬度值相對(duì)波動(dòng)較小，3#弦桿的裂縫寬度起初增長(zhǎng)較快，后來(lái)漸漸趨于平穩(wěn)，且寬度均在0.2mm以內(nèi)，符合限值要求；由圖16 可知，1#、4#、7# 拱片拱頂豎向撓度值均在2.5cm以內(nèi)，滿足限值要求，且除個(gè)別時(shí)間點(diǎn)外，撓度波動(dòng)幅度基本穩(wěn)定，橋梁剛度狀況滿足要求，行車較為舒適。

5 總結(jié)

本病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際病害進(jìn)行針對(duì)性的跟蹤監(jiān)測(cè)，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、行車舒適性保駕護(hù)航。此外，若想全面了解此橋的健康狀況和承載能力，可以在橋梁主要構(gòu)件的控制截面上設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變傳感器，將實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行對(duì)比分析即可；同時(shí)，若想更加精確地掌握橋梁結(jié)構(gòu)的剛度特性，保證行車的舒適性和安全性，僅僅活載撓度指標(biāo)是不夠的，還必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)（振動(dòng)頻率、振幅、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度）進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，其中振動(dòng)加速度對(duì)人的舒適性感覺影響最大；最后，由于拱橋是一種受壓結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題也不能忽略。