楊艷飛

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，我國橋梁結(jié)構(gòu)安全事故頻發(fā)，究其原因與橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)和維護(hù)保養(yǎng)工作落實(shí)不到位密切相關(guān)。鑒于此，橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)逐步得到人們的重視，希望通過質(zhì)量監(jiān)測(cè)全面提升橋梁整體質(zhì)量，確保行車安全[1-3]。隨著我國科技水平的不斷提升，一些高科技技術(shù)被成功應(yīng)用于橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，如傳感技術(shù)、信號(hào)采集技術(shù)等，大大提升了橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和高效性[4-5]。該文先后針對(duì)橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)及安全預(yù)警進(jìn)行論述。

1 公路橋梁工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)

1.1 質(zhì)量監(jiān)測(cè)的意義

結(jié)合我國公路橋梁安全事故居高不下的現(xiàn)狀，制定了科學(xué)有效的質(zhì)量監(jiān)測(cè)手段，該技術(shù)依托傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式，全面融入現(xiàn)代高新技術(shù)手段，建立全天候連續(xù)性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)獲得橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營狀況信息，并對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)信息實(shí)施匯總和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性及承載性能的綜合評(píng)估，進(jìn)而制定出切實(shí)可行的維護(hù)措施，可供橋梁維護(hù)工作者參考。其具體意義如下：

（1）橋梁使用現(xiàn)狀檢測(cè)。橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)能及時(shí)有效地采集和匯總橋梁各方面性能數(shù)據(jù)，為橋梁維護(hù)工作者提供數(shù)據(jù)參考，對(duì)橋梁使用狀況及承載性能做出評(píng)估和判定，及時(shí)找出質(zhì)量缺陷，對(duì)可能形成的安全隱患實(shí)施預(yù)警。同時(shí)，能將橋梁各構(gòu)件的實(shí)際性能準(zhǔn)確反饋出來，便于工作人員及時(shí)維護(hù)檢修。

（2）確保施工安全和質(zhì)量。對(duì)公路橋梁實(shí)施定期檢測(cè)，能規(guī)避施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全和質(zhì)量。

（3）準(zhǔn)確傳遞安全隱患預(yù)警信號(hào)。經(jīng)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，能夠?qū)σ酝嚓P(guān)信息實(shí)施動(dòng)態(tài)化分析，對(duì)橋梁運(yùn)營狀態(tài)下的力學(xué)性能參數(shù)實(shí)施比較和匯集，以便在橋梁遭受較大偶然荷載、惡劣環(huán)境變化及重載事故時(shí)及時(shí)傳遞預(yù)警信號(hào)，從根本上消除安全隱患。

1.2 橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)根本目標(biāo)是采取科學(xué)措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊氣候、交通狀況及非正常運(yùn)營狀態(tài)下橋梁質(zhì)量評(píng)估，并及時(shí)進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警，對(duì)橋梁工程實(shí)施科學(xué)合理的維修和養(yǎng)護(hù)，保證橋梁各方面性能滿足使用要求。

（1）橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)融合了多種高科技技術(shù)，是一種信息集成化系統(tǒng)，通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)，收集橋梁相關(guān)信息，并實(shí)施自動(dòng)分析，對(duì)損傷程度及部位進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。其在橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用，有效排除了橋梁施工和運(yùn)營過程中的安全隱患，極大地保證了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

（2）20世紀(jì)末，同濟(jì)大學(xué)相關(guān)專家學(xué)者對(duì)徐浦大橋運(yùn)營質(zhì)量狀況實(shí)施全方位監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括主梁結(jié)構(gòu)撓度、混凝土應(yīng)變、振動(dòng)加速度、行車荷載以及橋梁外部環(huán)境溫度和濕度，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)建立了切合橋梁特征的綜合性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國首例橋梁運(yùn)營狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)測(cè)。

（3）橋梁實(shí)施監(jiān)測(cè)時(shí)，存在如下基本特征：1）重點(diǎn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)要素，如橋梁應(yīng)變、線性及振動(dòng)頻率等實(shí)施全方位監(jiān)測(cè)，并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境因素，進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)效果，同時(shí)實(shí)施交通荷載及鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)，以全面提高橋梁整體的監(jiān)測(cè)效果；2）監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，應(yīng)將施工監(jiān)測(cè)信息、橋梁荷載試驗(yàn)信息、施工前有限元模型計(jì)算信息等全部輸入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立基本信息庫，作為后續(xù)橋梁安全性能監(jiān)測(cè)及評(píng)估的依據(jù)；3）實(shí)施質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主，人工檢測(cè)為輔的檢測(cè)機(jī)制，保證橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

1.3 橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息庫

構(gòu)建橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息庫，對(duì)橋梁相關(guān)性能指標(biāo)及數(shù)據(jù)信息實(shí)施全方位存儲(chǔ)，為相關(guān)技術(shù)人員后續(xù)維修和養(yǎng)護(hù)管理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，保證橋梁使用安全。

（1）橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)主要目的是以單位時(shí)間步長為間隔，對(duì)橋梁正常運(yùn)營下的結(jié)構(gòu)性能實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，采集主梁、橋墩、橋臺(tái)、橋面以及主塔等各組成結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能參數(shù)，并對(duì)各構(gòu)件及整體性能實(shí)施綜合評(píng)估，具體監(jiān)測(cè)流程如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量監(jiān)測(cè)流程

（2）通過橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)流程能夠看出，橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可劃分為三部分，即：信息庫管理、結(jié)構(gòu)性能評(píng)估、維修及養(yǎng)護(hù)管理，各部分獨(dú)立運(yùn)行，又密不可分。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，工作人員可結(jié)合實(shí)際情況從任一環(huán)節(jié)著手啟動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括橋梁結(jié)構(gòu)信息系統(tǒng)、檢查記錄系統(tǒng)及維修加固記錄系統(tǒng)[6-7]。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)信息系統(tǒng)。應(yīng)用此系統(tǒng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存，以便于為后續(xù)維修和養(yǎng)護(hù)工作提供信息參考。相關(guān)技術(shù)人員利用此系統(tǒng)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確獲取相關(guān)信息，有針對(duì)性地對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施檢測(cè)和維護(hù)。

（4）檢查記錄系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)能對(duì)各種檢測(cè)信息實(shí)施匯總和分析，并將橋梁結(jié)構(gòu)的受力及位移情況用圖表形式展示出來。

（5）維修、加固記錄系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要是用來記錄橋梁以往的維修加固處理情況，并保存歸檔?；緝?nèi)容主要有維修時(shí)間、部位、方法等，便于后期參考借鑒。

2 公路橋梁安全預(yù)警

2.1 安全預(yù)警監(jiān)測(cè)內(nèi)容

目前，我國公路橋梁日常維護(hù)工作任務(wù)繁重，傳統(tǒng)的人工巡查及維護(hù)形式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日常維護(hù)工作的實(shí)際需求，因此，應(yīng)結(jié)合智能化、系統(tǒng)化的技術(shù)方式，實(shí)現(xiàn)公路橋梁工程的自動(dòng)化檢測(cè)和預(yù)警，降低維護(hù)人員工作量，并為維護(hù)工作提供技術(shù)支持。現(xiàn)階段，我國采用的橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)成本高、操作難度大，且存在較大的局限性，只用于大跨徑橋梁工程中。為此，該文結(jié)合公路橋梁傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立了適用性強(qiáng)、維護(hù)成本較低的安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，必須根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)形式及結(jié)構(gòu)特征，合理確定監(jiān)測(cè)范圍，科學(xué)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)?？傮w而言，其監(jiān)測(cè)目標(biāo)包括如下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）橋梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)。針對(duì)該環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)，具體包含結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移和振動(dòng)加速度等幾個(gè)方面。

（2）橋梁持續(xù)準(zhǔn)靜態(tài)變化。這一方面重點(diǎn)針對(duì)橋梁基礎(chǔ)或橋墩變形、沉降實(shí)施的監(jiān)測(cè)。

（3）橋梁環(huán)境參數(shù)。該項(xiàng)內(nèi)容主要包括橋梁所處于的外部自然環(huán)境，如風(fēng)力、氣溫、濕度等。

（4）橋梁運(yùn)營荷載參數(shù)。此方面主要指的是行車荷載[8]。

2.2 安全預(yù)警監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)

目前，橋梁相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)在具體執(zhí)行安全預(yù)警監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)時(shí)，通常結(jié)合監(jiān)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取橋梁基本信息及使用情況，通過整理和分析，將其與橋梁質(zhì)量狀況評(píng)估閾值實(shí)施對(duì)比，結(jié)合三者之間的數(shù)據(jù)偏差對(duì)橋梁安全性能實(shí)施評(píng)估和判斷。所以，在建立該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)合理確定和選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方式，并科學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)閾值。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高于設(shè)計(jì)閾值，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，開啟報(bào)警信號(hào)。

通常對(duì)橋梁使用情況實(shí)施安全評(píng)估，包括兩種形式，即：結(jié)合監(jiān)測(cè)信息直接評(píng)估和監(jiān)測(cè)信息動(dòng)態(tài)變化量評(píng)估。直接評(píng)估主要是結(jié)合橋梁在具體時(shí)段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁質(zhì)量狀況實(shí)施直接評(píng)估，對(duì)橋梁運(yùn)營時(shí)的承載性能、耐久性、舒適性等進(jìn)行全面了解；后者則是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施多次監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和初始值進(jìn)行比較，并將存在的變化量和均方差限值實(shí)施對(duì)比，根據(jù)比較結(jié)果判定橋梁結(jié)構(gòu)安全性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。中小跨徑橋梁綜合評(píng)定流程如圖2所示。

圖2 中小跨徑橋梁綜合評(píng)定流程

2.3 安全預(yù)警監(jiān)測(cè)方式及理論

通過性能優(yōu)良的傳感設(shè)備，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)頻率實(shí)施采集，并通過專業(yè)技術(shù)實(shí)施分析，根據(jù)分析結(jié)果確定橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)指標(biāo)。此外，運(yùn)用隨機(jī)方式對(duì)環(huán)境荷載實(shí)施激振動(dòng)力測(cè)試。常選擇重載車輛通行時(shí)剎車激振測(cè)試，通過這種檢測(cè)方式，工作人員能夠較為準(zhǔn)確、全面地掌握橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)動(dòng)力時(shí)程響應(yīng)。其基本原理如圖3所示。

圖3 動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)原理

橋梁工程安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及養(yǎng)護(hù)輔助決策系統(tǒng)的相關(guān)性能實(shí)施綜合評(píng)估時(shí)，通常采取同步激振的方式完成。但實(shí)際操作時(shí)，由于現(xiàn)場環(huán)境影響，應(yīng)盡量降低人工作業(yè)強(qiáng)度。橋梁激振一般是對(duì)自然條件下橋梁環(huán)境荷載和行車荷載實(shí)施監(jiān)測(cè)，有效確保成功完成自動(dòng)化維護(hù)[9]。

2.4 合理設(shè)置橋梁安全預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)

橋梁工程安全預(yù)警測(cè)點(diǎn)布設(shè)，應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式及以上理論數(shù)據(jù)，通常采用橋梁結(jié)構(gòu)縱斷面布設(shè)法。設(shè)置形式如下：

（1）簡支梁。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)形式為4分跨設(shè)置，針對(duì)精度要求較高的大跨徑簡支梁，可采取6分跨間距設(shè)置。

（2）連續(xù)梁。跨度為2跨時(shí)，根據(jù)簡支梁2跨共同設(shè)置；超過3跨，主跨和邊跨全部按照8分跨間距設(shè)置；若跨度小，精度要求低，則主跨可采用4分或6分跨設(shè)置。

（3）拱橋。通常根據(jù)橋梁跨度采取8分跨間距設(shè)置，測(cè)點(diǎn)布設(shè)形式為橫、豎向各1個(gè)，其余動(dòng)態(tài)測(cè)點(diǎn)多于3個(gè)。

3 結(jié)論

近年來，我國的道路交通朝著大交通量、大荷載量方向發(fā)展，因此對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)安全提出了更高的要求，加強(qiáng)公路橋梁質(zhì)量狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)研究勢(shì)在必行。該研究全面結(jié)合傳統(tǒng)橋梁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容，融合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息采集技術(shù)等高端科學(xué)技術(shù)，建立了適用性強(qiáng)、精確度高、功能更加全面的安全預(yù)警監(jiān)測(cè)內(nèi)容與評(píng)判系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，應(yīng)全面貫徹科技自動(dòng)化為主導(dǎo)的基本思路。此外，為更加準(zhǔn)確、高效地對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量狀況實(shí)施監(jiān)測(cè)，該文針對(duì)不同結(jié)構(gòu)橋梁，分別闡述了安全預(yù)警測(cè)點(diǎn)的設(shè)置原則，以期能為工作人員提供參考和借鑒。