自動監測技術在病害板梁安全使用中的應用

摘? 要：本文結合上海某橋擾度監測實例，詳細說明了自動監測系統的應用，在保證橋梁使用安全的情況下，對橋梁病害予以快速處理，解決了橋梁實時監測的難題，從而指導類似橋梁梁板監測。

關鍵詞：自動監測;擾度;非預應力

中圖分類號：U445? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

公路中、小橋多采用非預應力鋼筋混凝土空心板梁，非預應力空心板梁雖然可以帶縫工作，但在超載車輛、大交通流量、積水等情況影響下，裂縫發展較多、較快，鉸縫失效、橋面反復破損，造成單梁受力，梁板擾度較大或超限，甚至引起梁板斷裂，造成災難事故。本文結合上海某橋病害板梁擾度實時監測的問題，對非預應力空心板病害板梁擾度實時監測進行交流和探討[1]。

1概況及分析

1.1 路段概況

上海市某路段共有17座大型立交，主線橋梁93座，其中特大橋5座，大橋14座，中橋33座，小橋41座，其中56座橋存在非預應力空心板梁。

該路段開通至今已使用近十年，中、小橋多采用非預應力鋼筋混凝土空心板梁。非預應力空心板梁可帶縫工作，但在超載車輛、大交通流量、積水等情況影響下，裂縫發展較多，橋面反復破損、鉸縫失效，造成單梁擾度較大，甚至梁板斷裂的情況。

1.2 橋梁檢查分析

對橋梁板梁的傳統評估通過人工目測檢查或借助于便攜式儀器測量（如使用百分表固定于跨中落地支架或相鄰梁板上，測量梁板最大擾度或梁板間擾度差）。人工橋梁檢查分為經常檢查、定期檢查和特殊檢查。但是人工橋梁檢查方法在實際應用中有很大的局限性。傳統檢測方式的不足之處主要表現在：

（1）需要大量人力物力，并有諸多檢查盲點;（2）主觀性強，難于量化：經過半個多世紀的發展，雖然橋梁的分析設計與施工技術已日趨完善，但對某些響應現象，尤其是損傷的發展過程，尚處于經驗積累中，因此定量化的描述是很重要的;（3）缺少整體性：人工檢查以單一構件為對象，只能提供即時的、局部的檢測和診斷信息，而不能提供實時的監測信息;（4）影響正常交通運行：傳統的人工檢測需要中斷交通或者封閉部分車道從而影響橋上車輛的行駛;（5）周期長，時效性差，在突發事件時不能向決策者提供即時信息。（6）在橋下有河流、凈空較高的復雜環境條件時，檢測尤為困難。

2擾度自動監測方案

2.1 擾度自動監測目標

在以上背景下，借鑒現有橋梁常規定期檢測系統和移動互聯網技術，開發基于橋梁病害板梁擾度實時監測的裝置，用于梁板擾度實時監測，是本實用新型發明實現的最終目的。

對病害板梁擾度自動監測、梁板快速修復為目標，選取北張角港橋三類橋病害板梁擾度自動監測為課題，在不影響交通通行下，安裝自動監測設備，開發數據收集及報警管理平臺。做到實施監測，超值報警，快速修復，保障通行安全。

北張角港橋起點位于G15沈海高速（嘉金段）K1279+861～ K1279+861處，中心樁號為K1279+878，跨越北張角港，為三跨鋼筋混凝土簡支空心板梁橋，跨徑組合為8m+10m+8m。橋面總寬34m，分為左右兩幅，橫向布置形式為：0.5m（護欄）+15.0m（機動車道）+0.7m（護欄）+1.6m（中央分隔帶）+0.7m（護欄）+15.0m（機動車道）+0.5m（護欄）。上部結構均采用鋼筋混凝土空心板梁，其中左右幅均為16片，板梁寬均為0.99m，梁高0.52m。支座采用球冠橡膠支座。下部結構采用輕型橋臺，排架式鋼筋混凝土方樁橋墩，基礎采用預制方樁。

2.2 監測方案簡述

本監測方案采用橋梁板梁擾度實時監測裝置，包括激光傳感器、可持續供電電源、3G模塊、管理平臺。利用激光傳感器測量梁板下擾所產生的擾度，通過移動GPRS網絡上傳數據至管理平臺，該管理平臺可應用計算機或手持移動端管理，顯示梁板實時擾度，并可根據梁板擾度實時數據，依據《公路橋梁技術狀況評定標準》的規定的評定指標，判斷梁板病害狀況，擺脫了人工巡查不及時、無實時數據的局面，可在不影響交通通行下，快速獲得病害梁板擾度數據，以便掌控梁板病害發展[2]。

2.3 監測系統示意圖（圖1）

2.4 監測方案實施

2.4.1篩選病害板梁

通過巡檢篩選病害非預應力板梁：選擇板梁裂縫已發展較多，存在裂縫滲水、析白現象;橋面屢次破損，鉸縫失效，可觀察到單板擾度較大。

2.4.2安裝監測裝置

根據傳感器形狀設計，制作傳感器安裝盒、線纜固定環和底座。對于混凝土結構則主要是采用膨脹螺栓表面安裝，使用線纜支撐系統（穿線孔、線纜槽支架、固定環等）來保證傳感器線纜的走線順暢、合理。傳感器安裝盒及底座采用密閉設計，完成安裝的傳感器安裝盒及底座均具有良好的防塵和防水功能。

根據測點的測量要求，選擇實際安裝的位置。選小橋其中 一跨L/2跨中位置為撓度測量控制截面，分別于縱向兩個方向分別布設一個激光傳感器，對跨中位置進行測量。具體位置布設圖見圖2。

除了選擇合適的測量位置外，還要考慮方便以后的維護工作，控制箱選擇安裝在防撞護欄外側，并設置太陽能電池板供電。傳感器在使用前均作了穩定性試驗，以免影響到長期觀測的精度，見圖3，圖4，圖5，圖6。

2.4.3監測報警值設定

根據《公路橋梁技術狀況評定標準》的規定，梁式橋的上部結構為橋梁的主要部件，不僅對安全使用至關重要，而且維修工作量和難度較大，所以上部結構構件評定指標的類別標度≥3類就需要及時進行維修。針對非預應力簡支梁橋梁板，以跨中擾度作為重點監測，監測報警值根據跨中擾度5個標度中的3、4、5標度設置，標度3：跨中最大擾度≤計算跨徑的1/1000;標度4：跨中最大擾度>計算跨徑的1/1000且≤1/600;標度5：跨中最大擾度>計算跨徑的1/600[3]。

2.4.4數據上傳管理平臺和報警

對上傳至管理平臺的監測數據信息，能實現以下功能：

（1）能實時監測和記錄梁板擾度數值，記錄每日擾度最大值產生時刻，見圖7;

（2）能分析監測時段內測量數值的變化，是否有超出預警值的趨勢，見圖8;

（3）超出預警值時，能通過信息報警，為搶修提供技術支持;

（4）通過管理平臺數據查詢，對梁板病害發展進行系統分析。

2.4.5警報的應急預案

通過自動監測，力求橋梁病害在超限報警值時通過短信自動通知相關人員。達到標度3時，由巡查人員立即到現場進行勘察;達到標度4，立即組織應急搶險人員對橋梁進行應急搶修加固;達到標度5，立即采取組織緊急封交措施。

2.4.6裝置應用效果

監測裝置在某橋梁監測時發出標度5報警，顯示梁板結構出現明顯的永久變形，梁板出現嚴重病害，顯著影響承載力和行車安全。趕赴自動監測裝置報警的橋梁后，發現該梁板斷裂下擾約8cm，對通行車輛有重大交通安全隱患，立即組織人員封閉損壞梁板所在車道，緊急尋找可更換新梁，通過緊張施工，在48小時內完成了緊急搶修任務，恢復了交通。

3監測系統特色

本實施例應用于某高速空心板梁橋梁板擾度監測，該橋梁結構自動監測裝置，是一個以橋梁結構為平臺，應用現代傳感技術、通信網絡技術、綜合報警、信息網絡分析處理各功能為一體的監測系統。在使用該監測裝置情況下，事實證明效果很好，且可反復使用。

4結語

以上詳細描述了本監測方案的較佳具體實例，應該理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據需要作出諸多修改和變化。因此，本監測方案，消除了潛在的不安全因素。本監測方案比人工檢查等其他檢查方式，具有創新的工法和經濟的造價，同時保證了橋梁的安全，為以后在類似橋梁檢查中，積累了寶貴的經驗。

參考文獻

[1] 葉肖偉，張小明，倪一清，等.基于機器視覺技術的橋梁擾度測試方法[J].浙江大學學報，工學社，2014，48（05）：813-819

[2] 韓基剛.淺析橋梁健康監測系統建設環節的控制[J].科技創新與應用，2016（11）：248.

[3] 陳淑芳.淺談橋梁養護與維修的信息化管理[J].科技創新與應用，2012（11）：162.

收稿日期：2020-01-21

作者簡介：黃海濤（1975—），男，上海人，本科，工程師，研究方向：工程管理。