城市立交橋梁安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

黎 兆 豐

(廣州市交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 511430)

1 工程背景

某立交橋是連接廣州與佛山的主要通道，已運(yùn)營(yíng)20多年。主梁曲梁段部分段出現(xiàn)了嚴(yán)重的橫向偏移，墩柱底部出現(xiàn)了環(huán)向裂縫。

2 監(jiān)測(cè)目的與內(nèi)容

2.1 監(jiān)測(cè)目的

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析發(fā)現(xiàn)，橋梁下部結(jié)構(gòu)密集出現(xiàn)裂縫，經(jīng)分析可能由于主梁曲線段墩柱長(zhǎng)期在溫度應(yīng)力與動(dòng)荷載離心力的作用下，而使構(gòu)件達(dá)到破壞狀態(tài)。

在部分已出現(xiàn)問(wèn)題的橋梁構(gòu)件上安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)構(gòu)件在運(yùn)營(yíng)期間的狀態(tài)情況。一方面，通過(guò)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)了解結(jié)構(gòu)的狀況，為橋梁可能出現(xiàn)的不安全狀態(tài)提供預(yù)警；另一方面，通過(guò)數(shù)據(jù)，分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，為橋梁加固或拆除提供有效的依據(jù)。

2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用設(shè)備對(duì)主橋曲線段梁體橫向偏移區(qū)域(1號(hào)～3號(hào)墩)的墩柱進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

針對(duì)橋梁構(gòu)件出現(xiàn)的不同問(wèn)題，采取不同的監(jiān)測(cè)方式。對(duì)于裂縫的測(cè)量，采用應(yīng)變計(jì)測(cè)量。對(duì)于變形，采用傾角傳感器與位變計(jì)分別測(cè)量墩柱的傾斜變化、主梁與橋墩間的相對(duì)位移變化。

3 監(jiān)測(cè)方案

橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由軟件及硬件組成。現(xiàn)場(chǎng)由傳感器和采集模塊獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)信號(hào)電纜傳輸至現(xiàn)場(chǎng)采集儀器，再利用4G通信模塊通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線方式發(fā)送至云平臺(tái)。云平臺(tái)上搭設(shè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3.1 裂縫監(jiān)測(cè)

對(duì)橋曲線段梁體橫向偏移區(qū)域的1號(hào)～3號(hào)墩柱底部，采用振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)，每根柱子布置1個(gè)，共6個(gè)。應(yīng)變計(jì)與裂縫方向垂直。

3.2 幾何監(jiān)測(cè)

通過(guò)位變計(jì)測(cè)量梁與墩柱的變位情況，在1號(hào)～3號(hào)墩墩頂布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。

通過(guò)傾角隨時(shí)間變化曲線分析墩柱變位情況，在梁體布置2個(gè)傾角測(cè)點(diǎn)，在墩頂(1號(hào)～3號(hào)墩)布置6個(gè)傾角測(cè)點(diǎn)。

以1號(hào)軸為例，布置位置如圖1所示。具體布置位置及測(cè)點(diǎn)設(shè)備見表1。

表1 監(jiān)測(cè)設(shè)備布置表

4 監(jiān)測(cè)控制成果

4.1 溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)期間，橋梁結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示。結(jié)構(gòu)溫度變化符合當(dāng)?shù)貧夂驕囟茸兓?/p>

4.2 位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

墩梁相對(duì)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。可以看出，在監(jiān)測(cè)期間，位移計(jì)變化情況基本一致；同時(shí)，結(jié)合溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，位移變化與溫度變化有明顯的關(guān)系，隨著溫度的下降，主梁向曲線內(nèi)側(cè)進(jìn)行偏移；而隨著溫度上升，主梁內(nèi)側(cè)偏移量減小，逐漸恢復(fù)至原狀；而隨著溫度逐漸上升，主梁有往外側(cè)偏移的趨勢(shì)。

4.3 裂縫寬度監(jiān)測(cè)結(jié)果

裂縫寬度監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。可以看出，在監(jiān)測(cè)期間，應(yīng)變計(jì)變化情況基本一致，裂縫寬度變化與溫度變化有關(guān)系，一方面隨著溫度的下降，主梁往內(nèi)側(cè)偏移，墩柱墩頂往內(nèi)側(cè)偏移，墩柱下部裂縫在內(nèi)側(cè)部位閉合；另一方面，溫度下降，混凝土收縮也導(dǎo)致裂縫閉合。

由圖4可看出，部分裂縫由監(jiān)測(cè)初始狀態(tài)變化至-0.2 mm，由此可知，構(gòu)件從完整狀態(tài)到開裂狀態(tài)，裂縫擴(kuò)展、閉合，周而復(fù)始，從而導(dǎo)致墩柱下部嚴(yán)重破壞。

4.4 墩柱傾角監(jiān)測(cè)結(jié)果

墩柱傾角監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。可以看出，在監(jiān)測(cè)期間，傾角變化情況基本一致，傾角變化與溫度變化有關(guān)系，隨著溫度的下降，墩頂往內(nèi)側(cè)傾斜；而隨著溫度上升，墩頂逐漸恢復(fù)至原狀。傾角變化情況受溫度影響大，可看出，墩柱受到主梁的偏移而傾斜，隨主梁的恢復(fù)而恢復(fù)；墩柱下部在此種狀態(tài)下而造成破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某座運(yùn)營(yíng)多年的城市立交橋?yàn)楸尘埃诓糠忠殉霈F(xiàn)問(wèn)題的橋梁構(gòu)件上安裝監(jiān)測(cè)儀器，監(jiān)測(cè)問(wèn)題構(gòu)件在立交橋梁運(yùn)營(yíng)期間的狀態(tài)情況。通過(guò)監(jiān)測(cè)，可得出以下結(jié)論：

1)由于進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，當(dāng)?shù)靥鞖膺_(dá)到較高的溫度，而監(jiān)測(cè)的構(gòu)件也已有一定程度的破壞和變形，因此，監(jiān)測(cè)初始狀態(tài)并不是橋梁最原始的狀態(tài)，監(jiān)測(cè)結(jié)果不能完全真實(shí)顯示橋梁構(gòu)件的破壞程度，但仍能反映出結(jié)構(gòu)受破壞的狀態(tài)及變化，達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。

2)橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)受到溫度影響，而且造成的影響不能忽視。由于溫度的下降，本文中橋梁彎曲段部分，主梁往內(nèi)側(cè)偏移，墩柱往內(nèi)側(cè)傾斜，而溫度上升，構(gòu)件恢復(fù)；周而復(fù)始的溫度變化，致使構(gòu)件破壞。

3)在橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮溫度效應(yīng)的影響，尤其針對(duì)寬度較大的混凝土梁橋，除了要進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載能力中溫度效應(yīng)的驗(yàn)算，還要考慮溫度對(duì)橋梁變形的影響。