橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

文/曾德榮、毛訓(xùn)濤

1 前言

我國(guó)的橋梁事業(yè)發(fā)展速度非?？欤瑯蛄航Y(jié)構(gòu)形式愈加復(fù)雜，功能性逐步完善，人們對(duì)于當(dāng)前橋梁的質(zhì)量和壽命重視度也逐步提升。在橋梁投入運(yùn)營(yíng)比較長(zhǎng)的時(shí)間后，有些結(jié)構(gòu)部分會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的損傷和問(wèn)題，因此我們需要加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)，做好必要的監(jiān)測(cè)管理工作，這是提升橋梁的應(yīng)用水平主要方式。如何進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)與安全檢查是當(dāng)前學(xué)術(shù)界討論的主要問(wèn)題，也是工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。在橋梁安全性檢測(cè)后，我們可以從客觀角度了解橋梁的工作狀態(tài)，評(píng)價(jià)橋梁的承載性能，為橋梁的正常運(yùn)行以及橋梁維修加固處理提供良好的基礎(chǔ)。因此，橋梁安全檢測(cè)是非常重要的工作，同時(shí)它對(duì)于社會(huì)發(fā)展有著非常重要的作用。

2 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)作用分析

橋梁項(xiàng)目的工程量巨大，建設(shè)施工周期比較長(zhǎng)，因此其安全性是非常重要的因素，也是橋梁施工單位管理的重點(diǎn)。橋梁在應(yīng)用過(guò)程中，因?yàn)榇嬖诃h(huán)境侵蝕、載荷影響、疲勞效應(yīng)、材料老化等嚴(yán)重問(wèn)題，極大影響了橋梁的正常應(yīng)用，其安全性也隨之下降；橋梁結(jié)構(gòu)在受到環(huán)境的全面影響下，導(dǎo)致老化、損傷的問(wèn)題日益積累，造成結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故問(wèn)題。因此，在橋梁的運(yùn)行中，我們需要加強(qiáng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，了解其安全性是否存在缺陷和問(wèn)題，明確其服務(wù)功能是否下降。在檢測(cè)中，要從如下幾個(gè)方面出發(fā)：

2.1 準(zhǔn)確掌握橋梁狀態(tài)信息。如果橋梁狀態(tài)會(huì)給安全性產(chǎn)生不利影響，則可以采取必要封閉交通的方式，以避免受到侵蝕影響[1]。

2.2 掌握劣化程度。如果劣化形成原因沒(méi)有查明，且沒(méi)有采取必要措施，則會(huì)導(dǎo)致劣化更加嚴(yán)重，影響橋梁正常運(yùn)營(yíng)。

2.3 做好橋梁的完整性記錄與檢測(cè)，通過(guò)歷史記錄查詢了解橋梁狀態(tài)變化情況。

2.4 適當(dāng)檢測(cè)橋梁劣化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)橋梁維護(hù)計(jì)劃的制定和落實(shí)，提高維護(hù)管理水平。

2.5 采取必要維修管理措施，消除橋梁危害問(wèn)題，提高橋梁安全性。

2.6 制定出切實(shí)可行的橋梁維修工作計(jì)劃。

3 工程概況

某橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為（62+100+62）m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。上部結(jié)構(gòu)采取的是單箱單室的形式，各個(gè)部分的預(yù)應(yīng)力體系都能夠達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。該項(xiàng)目在2010年正式投入運(yùn)營(yíng)，是該線路內(nèi)重點(diǎn)橋梁項(xiàng)目，但由于運(yùn)營(yíng)時(shí)間比較長(zhǎng)，所以需要做好橋梁運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)工作。此外，常規(guī)記錄檢查與監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，了解環(huán)境給橋梁項(xiàng)目造成的影響，可以及時(shí)進(jìn)行隱患的預(yù)警和分析，發(fā)現(xiàn)缺陷問(wèn)題導(dǎo)致原因，并采取應(yīng)對(duì)措施，提升橋梁運(yùn)行的安全性。

4 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)方案

該橋梁項(xiàng)目經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，交通運(yùn)行的情況比較惡劣，且由于通行量的增加，出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。為了延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，我們需要全面采取措施進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，綜合分析橋梁病害、人工檢測(cè)盲點(diǎn)、特殊事件等，考慮橋梁運(yùn)行當(dāng)?shù)氐慕煌ㄇ闆r、環(huán)境特點(diǎn)，做好各個(gè)影響因素的分析；同時(shí)，結(jié)合該橋梁的運(yùn)行實(shí)際情況，了解橋梁的特點(diǎn)，分析安全性監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，主要包含變形、應(yīng)變、溫度、裂縫、人工檢查等各個(gè)方面。結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)就是做好截面應(yīng)力參數(shù)的分析，了解汽車荷載、溫度等原因，然后做好一定時(shí)間范圍內(nèi)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，以了解應(yīng)力參數(shù)的變化實(shí)際情況，并通過(guò)理論數(shù)據(jù)計(jì)算出汽車效應(yīng)的影響，分析溫度場(chǎng)效應(yīng)的實(shí)際情況，同時(shí)在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，在掌握工程實(shí)質(zhì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上對(duì)變化的參數(shù)進(jìn)行全面控制，在分析季節(jié)性變化產(chǎn)生相關(guān)因素的同時(shí)，判斷應(yīng)力的變化情況[2]。從該橋梁的交通運(yùn)行量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，整個(gè)橋梁在每日的7∶00-18∶00 內(nèi)交通運(yùn)行量比較大，車輛密集比較大，分布相對(duì)均勻，超限的車輛（總重55t 貨車或者單軸超過(guò)14t）日漸行駛的數(shù)量比較少，交通量相對(duì)較小，整個(gè)交通載荷的分布都是在比較合理范圍內(nèi)。

因此，我們需要做好該橋梁項(xiàng)目溫度參數(shù)的監(jiān)測(cè)?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫或者裂縫的形態(tài)出現(xiàn)了一定變化后，粘貼在裂縫周邊區(qū)域范圍內(nèi)的導(dǎo)電涂膜電阻也會(huì)出現(xiàn)一定變化。按照裂縫寬度尺寸的變化實(shí)際情況和導(dǎo)電涂膜變化參數(shù)的一定關(guān)系，形成分析模型，從而獲取所需要的涂料電阻值、環(huán)境因素等，并通過(guò)公式進(jìn)行參數(shù)計(jì)算分析；結(jié)合每日監(jiān)測(cè)確定的數(shù)據(jù)信息，計(jì)算確定變化參數(shù)，形成曲線，以了解裂縫變化的速度，更好地分析其變化趨勢(shì)和規(guī)律。經(jīng)過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，可以結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)規(guī)范做好橋梁狀態(tài)的評(píng)價(jià)分析。

5 橋梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)

5.1 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)

為了確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止存在數(shù)據(jù)離散的問(wèn)題，該橋梁在工程中嚴(yán)格執(zhí)行“四固定”原則，并明確具體的監(jiān)測(cè)人員，做好路線與數(shù)據(jù)等方面的控制。本次變形檢測(cè)通過(guò)徠卡TS30 全站儀開(kāi)展該工作，數(shù)據(jù)精度比較高；根據(jù)實(shí)際情況我們需要確定具體的棱鏡與反射貼片，然后掌握位移量的技術(shù)參數(shù)。通過(guò)多次觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，以墩頂截面固定點(diǎn)作為觀測(cè)基點(diǎn)參數(shù)，可以很好地分析高程差距參數(shù)。測(cè)點(diǎn)初測(cè)應(yīng)該采取兩次檢測(cè)，計(jì)算其平均值參數(shù)，一般是每個(gè)季節(jié)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)測(cè)量。跨重點(diǎn)監(jiān)測(cè)需要24h 進(jìn)行檢測(cè)，間隔1h 做好一次數(shù)據(jù)測(cè)量。經(jīng)過(guò)本次橋梁變形數(shù)據(jù)分析，與第一季度數(shù)據(jù)對(duì)比，橋梁中的豎向變形量為6mm 左右，橋梁變形也能夠得到有效的控制[3]。在結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)中，為了充分了解結(jié)構(gòu)變形的數(shù)據(jù)，并通過(guò)構(gòu)建模型的方式對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，就當(dāng)前而言，可以采用的BIM 技術(shù)，它是非常有效的一種方式，此技術(shù)具備可視化、建?；裙δ?，可以配合檢測(cè)功能的實(shí)施。

5.2 橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變（溫度）監(jiān)測(cè)

對(duì)于本次橋梁在測(cè)量中通過(guò)智能化表面數(shù)碼弦式應(yīng)變計(jì)的檢測(cè)，關(guān)鍵截面應(yīng)力（溫度）采用JMZR-2000 設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，并形成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用該系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸與采集模塊，做好系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，且隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和使用，以做好數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的分析，為整個(gè)項(xiàng)目的觀測(cè)提供良好的基礎(chǔ)。橋梁結(jié)構(gòu)的安全性分析可以通過(guò)安全度指標(biāo)衡量分析；而各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算，則是應(yīng)用荷載、溫度效應(yīng)方面做好應(yīng)力計(jì)算包絡(luò)圖上、下限。另外，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，Y2、Y5 截面有些時(shí)間段內(nèi)安全性超過(guò)100，其他各個(gè)界面的安全性在監(jiān)測(cè)時(shí)不足80，所以橋梁的安全性符合要求。通過(guò)從這些方面分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)橋梁的安全性處于良好的范圍內(nèi)，可以滿足當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行需要[4]。除此之外，在結(jié)構(gòu)應(yīng)變溫度監(jiān)測(cè)的環(huán)節(jié)，我們還考慮溫度的變化性質(zhì)；另外，監(jiān)測(cè)方式需要通過(guò)安全技術(shù)處理的方式進(jìn)行操作，即在保證溫度滿足工況要求的基礎(chǔ)上測(cè)定安全結(jié)構(gòu)應(yīng)變能力，并使其能夠達(dá)到規(guī)定的取值。

5.3 典型裂縫監(jiān)測(cè)

典型裂縫檢測(cè)主要是柔性導(dǎo)電材料表面涂刷一層材料進(jìn)入裂縫內(nèi)開(kāi)始分布式的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)該涂料在具體裂縫中產(chǎn)生的電阻變化情況進(jìn)行研究，根據(jù)電阻值在裂縫中的擴(kuò)展，就可以掌握其裂縫是否存在擴(kuò)展的問(wèn)題，以此掌握變化的實(shí)際情況。本次橋梁的裂縫監(jiān)測(cè)布置情況可以見(jiàn)下表1。

表1 橋梁裂縫檢測(cè)布置

從裂縫的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，合攏的各個(gè)部分都產(chǎn)生了比較細(xì)小的裂縫問(wèn)題，寬度沒(méi)有超過(guò)0.5mm，且沒(méi)有出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，其他裂縫的涂膜檢測(cè)范圍內(nèi)也沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)警信息。由于裂縫監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)中報(bào)警信息會(huì)因?yàn)橥磕し秶鷥?nèi)小微裂紋的情況而產(chǎn)生影響，因此今后還需要進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，以獲取變形數(shù)據(jù)信息，充分分析橋梁的變形具體情況，為今后橋梁的質(zhì)量管理提供良好的基礎(chǔ)條件[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)應(yīng)該重點(diǎn)進(jìn)行變形、應(yīng)變、裂縫等變化趨勢(shì)分析，通過(guò)相應(yīng)的儀器輔助人工方式進(jìn)行重點(diǎn)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，以了解橋梁的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)局部裂縫演變問(wèn)題，預(yù)測(cè)未來(lái)的變化趨勢(shì)，整理與分析現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，做出橋梁的運(yùn)行狀態(tài)綜合性評(píng)價(jià)，為養(yǎng)護(hù)管理工作提供必要的支持，從而更好地促進(jìn)橋梁的運(yùn)行性能提升，保障交通運(yùn)行安全。