結構位移監測系統在橋梁監測中的應用

閆成明

（南京科興工程建設項目管理有限責任公司 江蘇南京 210039）

1 橋梁概況

天保立交橋位于南京市雨花臺區油天線X101，樁號為K2+581，橋長152m，其橋面鋪裝為瀝青混凝土，伸縮縫為梳齒板式伸縮裝置；上部結構為預應力混凝土連續箱梁，支座類型為盆式支座；下部結構為柱式墩臺，樁基礎。經現場檢查發現，1#梳齒板式伸縮縫齒間距11.3cm，明顯大于2#伸縮縫齒間距3.1cm。

經現場檢查分析發現，橋梁出現此類病害的原因可能為：①梁體的熱脹冷縮，在溫度較低的情況下梁體出現收縮，同時由于橋上經過的碴土車較多，導致許多塵土、垃圾灑落伸縮縫內，在溫度升高時，梁體縱向伸縮受阻，伸縮縫無法恢復原來縫寬；②天保立交橋是存在縱向坡度的橋梁，并且兩側坡度并不對稱，在重型車輛的緊急制動的情況下容易造成梁體的整體滑移。

為了確定梁體兩側伸縮縫齒間距較大的原因，判斷梁體是否有整體滑移現象，現通過結構位移監測系統并輔以人工測量手段對天保橋進行為期一年的監測。

2 位移和溫度監測

結構位移監測系統包括硬件和軟件兩個部分，其中硬件部分包括：①傳感器系統，包括拉線式位移計和鉑電阻溫度傳感器；②數據采集系統；③數據采集與傳輸系統；④數據收集及存儲系統。軟件系統包括監控中心的健康監測軟件系統和遠程計算機上基于數據深度處理的結構狀態識別系統等。橋梁現場主要由傳感器和采集模塊獲得響應的實時數據，然后通過光纖傳輸至現場的計算機。遠程計算機通過4G網絡可以遠程訪問該計算機并獲得所需數據。

2.1 結構位移監測系統斷面布置

天保立交橋是一個8跨的連續箱梁橋，岱山方向為小樁號方向，天保方向為大樁號方向，從岱山到天保方向依次為0#臺～8#臺。梁體位移監測選擇在0#臺、5#墩、7#墩頂支座處進行測量，測量支座的縱向與橫向位移。0#臺支座處測量梁體的縱向位移，需要1個拉線位移傳感器；5#墩支座處測量梁體的縱向位移和橫向位移，需要2個拉線位移傳感器；7#墩支座處測量梁體的縱向位移，需要1個拉線位移傳感器，全橋共需4個拉線位移傳感器，各墩頂支座截面測點布設位置如圖1所示。

圖1 位移監測測點布置斷面

2.2 結構位移監測系統監測數據

天保立交橋現場監測數據，通過4G無線網絡傳輸到橋梁在線監測管理系統。現將2018年度系統支座位移監測點監測的支座位移時程曲線繪于圖2；2018年天保立交橋現場全年環境溫度時程曲線繪于圖3。

圖2 支座位移測點年時程

圖3 實時系統溫度年變化時程

由圖2可知0#橋臺處支座的縱向位移值較大，最大位移值達到21.3mm；相比于0#橋臺，5#墩、7#墩（中墩）處支座縱向位移都很小，最大位移幅度不超過2mm。這與中墩支座的縱向剛度大于邊墩支座的縱向剛度的實際情況相符。其次5#墩支座處的橫向位移值也很小，最大位移值不超過1mm，結構橫向狀態穩定。

天保立交橋現場的鉑電阻溫度傳感器測得的2018年度溫度數據如圖3所示，從系統監測的數據來看，與氣溫季節性變化相吻合，符合實際情況。

結合系統監測的支座處位移變化值和現場實測溫度值，發現夏季支座位移數值較小、變化值較大；冬季支座位移數值較大、變化值較小，這與大體積混凝土結構受溫度線性影響狀況相吻合。

2.3 人工測量伸縮縫外緣間距

在采用結構監測系統進行支座處位移監測外，同時也對橋面伸縮縫梳齒板外緣間距進行定期人工測量，進一步對橋梁位移、變形進行綜合分析，確保橋梁安全。2018年度伸縮縫外緣間距測量數據見表1。

表1 2018年度伸縮縫間距人工測量數據

由表1可知：1#伸縮縫外緣間距變化較明顯，2#伸縮縫外緣間距變化不明顯，這與現場實際情況相吻合，因為2#伸縮縫間已被雜物垃圾堵塞填實，閉合復位受限，伸縮功能失效。

溫度較高的月份，兩伸縮縫外緣間距之和減小，溫度較低的月份，兩伸縮縫外緣間距之和增大，這與混凝土結構的材料性質（熱脹冷縮）相吻合，且最大伸縮量也在合理范圍內。

3 結論和處治措施

3.1 結論

由人工測量的梁體變形數據可知，天保立交橋上部結構的人工測量伸縮值在±2cm左右，與監測系統監測的支座處梁體位移極值（21.3mm）基本吻合，拉線位移計的縱向位移量基本是由梁體自身變形引起的，結構縱向基本沒有滑移現象。

5#墩支座處的橫向位移值很小，最大位移值不超過1mm，結構橫向狀態穩定。

綜上所述，天保立交橋基本不存在梁體滑移現象。

3.2 處治措施

考慮天保立交橋重車較多、橋梁縱坡較大且伸縮縫存在大量垃圾堵塞，提出了如下處治措施：

（1）繼續對此橋進行繼續監測，并定期組織橋梁檢查；

（2）2#伸縮縫間垃圾雜物堵塞嚴重，伸縮功能失效，這種情況極易引起梁體附加內力，造成梁體裂縫、擠壓破壞等病害。所以提出及時清理伸縮縫間雜物；

（3）嚴禁超載車輛通過此橋。