中小跨徑橋梁安全監測系統研究

陸 陸

(遼寧省高速公路管理局 遼寧 沈陽 110003）

中小跨徑橋梁安全監測系統研究

陸 陸

(遼寧省高速公路管理局 遼寧 沈陽 110003）

為確保中小跨徑橋梁的運營安全，建立了一套適用于該類橋梁的安全監測系統，并以后丁香大橋（舊橋）主跨連續箱梁作為監測對象，從監測內容、監測手段及選擇監測儀器、安全預警等方面進行了分析探討，實現了對橋梁運營狀態的實時監測，進而驗證了系統的有效性。

中小跨徑橋梁；監測；運營安全

1. 前言

隨著交通事業的發展，橋梁建設規模與日俱增，其中中小跨徑橋梁占較大比例。然而，在其迅速發展的同時，由于交通量不斷增長，重載和超載車輛日益增多，設計施工以及養護措施不夠科學合理等原因，中小跨徑橋梁安全事故也隨之增多，這將對國民經濟和生命財產造成嚴重損失。顯然，橋梁管理者亟需一套針對中小跨徑橋梁的實際安全性能,進行遠程實時監測并具有安全預警功能的系統, 以確保橋梁結構的運營安全。因此，開展安全運營監測實用技術研究，構建一套適用于中小跨徑橋梁的安全監測系統，對保障該類橋梁的安全運營具有重要的工程實際意義。

2. 中小跨徑橋梁安全監測系統構成及功能

中小跨徑橋梁安全監測系統，主要應用傳感測試技術，網絡傳輸技術，計算機信息處理分析技術對橋梁進行長期實時監測。該系統主要由硬件和軟件子系統組成，其中硬件子系統主要包括傳感器、數據采集設備、系統控制與數據傳輸設備、供電設備），軟件子系統主要包括數據分析處理軟件、上位機的遠程數據采集、存儲、分析，遠程采集數據交互，并提供遠程客戶訪問交互功能。

該監測系統充分利用物聯網技術，不僅可以及時診斷中小橋梁結構的安全狀態，并做出實時評估，而且可以通過計算機網絡訪問采集到的監控數據和當前的評估結果，這些數據的共享有效地促進了中小跨徑橋梁結構的安全監測和損傷診斷的研究。

3. 后丁香大橋安全監測系統

3.1 工程背景

后丁香大橋位于沈陽環城高速。橋跨組合：4×30m（T梁）+38+61+38m（箱梁）+2×40+5×25 m（T梁）+38+4×61+38m（箱梁）+21×30m（T梁），橋梁總長為 1426.4m，橋面凈寬左右幅均為 11.50m，防撞墻外側寬為 0.50m，內側寬為0.75m，上部結構：預應力混凝土等截面T梁及變截面箱梁，由于在運營過程中，箱梁出現跨中下撓過大和腹板裂縫等病害，因此進行了體外索加固處理；下部結構：箱梁橋墩為鋼筋混凝土板式橋墩，T梁橋墩為鋼筋混凝土雙柱式橋墩，埋置式肋板臺，基礎采用鉆孔灌注樁基礎。

為保證橋梁的運營安全，選擇后丁香大橋（舊橋）主橋6孔一聯中的3孔連續梁橋作為監測橋跨，通過在橋上安裝安全監測系統，對橋梁結構的病害特征及其致病因素結構在使用荷載作用下的響應進行實時監測。

3.2 安全監測關鍵參數

對于預應力混凝土梁橋而言，主跨跨中下撓量過大和箱梁底板和腹板易產生裂縫是其主要病害類型。由于跨中下撓會進一步加劇箱梁底板開裂,而箱梁梁體裂縫增多使結構剛度降低,進一步加劇了跨中下撓,這兩者相互影響形成了惡性循環。此外，行駛的車輛對橋梁振動具有明顯響應，易產生沖擊型病害，進而降低橋梁結構工作性能，導致橋梁撓度、應力及振動頻率出現一定程度的波動，由此加劇了撓度和裂縫的發展。根據橋梁自身的病害特點，并通過對橋梁模型進行分析計算，確定橋梁損傷部位及程度，在此基礎上，選擇該橋梁的安全監測關鍵參數為：跨中變形、跨中應變、支點附近裂縫寬度、體外索應變、自振頻率進行監測，具體測點如圖1所示。通過分析各個參數的監測歷史數據的變化情況，可及時了解結構狀態，判斷橋梁的安全性，確保橋梁的安全運營和科學指導管養的目的。

圖1 測點布置圖

3.3.傳感器選型

本研究為與系統保持相同的設計原則，對傳感器這一監測儀器進行合理選擇。根據傳感器工作原理及采用的材料的不同，一般分為電阻式、光纖式和振弦式三種類型。其中，振弦式傳感器采用振弦理論設計制造，靈敏度及精度較高，穩定性較好，耐惡劣環境能力強，適合長期觀測，且內置溫度傳感器可同時監測安裝位置的環境溫度；另外相對于光柵光纖傳感器，振弦式傳感器元件及其數據采集設備價格優勢明顯，而電阻式傳感器易受環境因素影響，長期穩定性較差，因此本系統中選用振弦式傳感器，且適合預算不高的中、小橋梁安全監測系統中的跨中變形、混凝土跨中應變、裂縫寬度以及體外索應變測量。橋梁振動

根據橋梁自振頻率的監測要求，選擇拾振器對被監測橋梁的振動特性進行實時、高精度的連續測量，其工作原理是：通過對環境振動偵測，能夠自動發現結構異常振動，及時啟動連續數據傳輸，保證關鍵數據可靠保存。

3.4. 橋梁結構安全性評估

橋梁安全評估監測主要是客觀評價橋梁結構的安全性，其可視化界面及動態信息變化如圖2所示，該功能主要是結合采集到橋梁結構的連續或周期性監測數據，將橋梁結構在荷載作用下主要被測參量隨時間或環境溫度變化的情況與以往相同環境溫度條件下的參考值進行對比，一旦發現某參量數值發生突變時，即自動發出預警信號，并根據監測數據結果及時查明該參量發生突變的原因，分析和判斷結構可能發生的損傷。

圖2 可視化界面

6. 結語

綜上所述，科學監測橋梁病害損傷狀況，可客觀準確地評價出橋梁的安全狀態，可有效降低產生各類安全事故的幾率。此外，在更新維修橋梁結構局部產生的各類質量問題時，因目前的一些檢測技術還難以客觀準確地評估出橋梁結構各構件的損傷狀況。所以，建立中小跨徑橋梁安全監測系統并在應用過程中根據實際需求進行不斷完善，才能提高橋梁的安全性和使用壽命。

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陸陸（1983.7-），男，本科，土木工程。本文系遼寧省高速公路科研項目，基金號201409，基金名稱：預應力混凝土梁橋安全運營監測實用技術研究

TU714

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1007-6344（2016）03-0244-01

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