預制T型梁橋支座結構脫空監測技術探究

盧振宏

（廣深珠高速公路有限公司，廣東 東莞 523925）

一、概述

預制T型梁橋梁體支座一旦出現脫空，一般將導致梁體受力不均，出現橫向聯系破壞等病害，甚至影響梁體結構安全。對于支座是否脫空及脫空程度等情況的掌握，一般是通過近距離肉眼或借助設備觀察，該方式雖可明確支座的脫空狀態，但往往需要借助輔助平臺，且為臨時短暫觀察，很難及時獲知支座脫空的實時狀態或變化過程。借助相關傳感設備，遠程在線監測支座的脫空情況及其對梁體受力的影響，對判斷結構安全具有重要意義。

二、支座脫空監測參數

本文結合一座常見的簡支T梁橋，通過計算分析，確定受支座脫空影響較大的敏感參數及測點位置，敏感參數應綜合測量方便、便于分析、直觀敏感等因素確定。無論哪種形式的脫空對橋結構均有較大的不利影響，其特征點的參數（應力、位移、轉角等）曲線與正常使用下的均不一致[1，2]，以此判斷某個支座的脫空狀態。

首先采用有限元計算的方法對某T型梁橋進行有限元計算，分析支座脫空所導致梁體橫隔板（或翼緣板）破壞的特征點應力應變變化曲線，從而為監測方案制定及傳感器布設提供量化指導。

（一）計算模型

以某預應力混凝土簡支T梁橋為例，跨徑布置為6m×30m。主梁橫向布置情況與加載位置如圖1所示。采用大型通用有限元程序ANSYS建立預應力混凝土T梁橋的實體結構模型，實體單元采用SOLID45，建立有限元模型。橋梁設計荷載為汽車—超20級，汽車荷載橋梁橫向加載，汽車荷載加載采用車輛荷載。

圖1 預應力混凝土T梁橋橫向布置與加載位置

（二）敏感參數分析

預制拼裝的T梁橋通過橫隔板與翼緣板連接成整體，共同承擔橋面荷載。

如橫隔板損傷和翼緣板縱向接縫開裂，會削弱T型梁之間的橫向連接性能，使各片T梁荷載分配比例發生變化，內力及位移增大。由于支座附近兩端轉角、梁底與墊石（或蓋梁）間的位移直觀且敏感，因此主要針對應變參數進行分析。

采用以下5種情況分析支座脫空導致的T梁損傷對梁底應力的影響：第三道橫隔板失效（損傷一）；第四道橫隔板失效（損傷二）；第五道橫隔板失效（損傷三）；第三、四、五道橫隔板失效（損傷四）；第二、三道翼緣縱向接縫全橋失效（損傷五）。

橫隔板編號從一向另外一端遞增編號，使接縫編號從左至右遞增編號。分別計算荷載作用下各損傷工況下T梁跨中梁底縱橋向應力，具體計算結果如表1所示。

表1 橫隔板及濕接縫損傷工況下跨中梁底應力（MPa）

相同荷載工況下，各主梁在不同損傷工況下跨中梁底的縱橋向應力，通過分析各梁應力變化情況可知：

損傷一、三、五對主梁跨中梁底荷載應力影響較小，損傷二、四對主梁跨中梁底荷載應力影響顯著；

在同樣荷載作用下，損傷二及損傷三引起主梁跨中底緣最大縱橋向荷載應力增大，如在損傷四情況下4號梁最大荷載應力相對無損傷工況時增大了1.2MPa；

相同工況下各梁的應力變化情況不一樣，說明荷載應力的變化情況還受到荷載位置及形式的影響。

上述理論分析的結果為后期監測結果的判斷提供了依據及參考。

三、監測系統構成

（一）監測傳感器選型

光纖傳感技術具有遠距離傳輸、耐酸耐腐蝕、可服役于惡劣環境、抗電磁干擾等優點。該方案針對預制T型梁橋的支座脫空監測的特點與需求，提出采用光纖應變、傾角與位移傳感器相結合的監測系統，且可通過串聯方式連接，實現一纖多點監測，簡化現場布線。

（二）測點布置

該方案擬將傾角傳感器直接安裝至梁體端部底部表面，安置固定基點以放置位移傳感器的一端，其另一端安裝于被測梁體的表面。從而評判T型梁橋在長期運營過程中的轉角變形變化情況，為支座工作狀態的評定提供依據。該傳感器可同時測量兩個方向的傾斜變化，從而通過解耦計算得出該點的傾斜方向與傾斜角度。

（三）總體系統組成

支座脫空自動化監測系統的總體設計思路為：以支座脫空超限與橫隔板破壞的及時預警為目標。系統設計采用模塊化結構，各子系統或子模板之間相互獨立、有序融合。同時，自動化監測系統考慮將既有檢測數據、規范限制全部納入自動化監測系統數據庫，用于修正結構計算分析模型及確定監測預警值。

（四）自動化數據采集監測子系統

自動化數據采集監測子系統通過傳感器、數據采集、數據傳輸設備實時采集環境特征及T型梁橋結構響應數據，并通過數據處理和控制設備對采集的數據做在線預處理，為評價支座脫空提供數據基礎，三個模塊包括傳感器模塊、數據采集與傳輸模塊和數據處理與控制模塊。

（五）結構安全預警與綜合評估子系統

結構安全預警與綜合評估子系統運行初期，需建立科學的分級預警體系（評估支座完全脫空或不完全脫空），然后結合有限元計算與規范提供的限值和監測數據確定合理的預警閾值，實現在線分級預警。該子系統可分為結構狀態評估模塊、安全預警模塊、閾值設定模塊及檔案信息管理等。

四、結語

本文通過對預制T型梁橋支座結構脫空監測系統探究，為橋梁安全監測提供參考。在線監控系統的構建更有利于減少人力成本，及時獲知支座的工作狀態，提升安全管理能力，可大幅降低管理、決策和養護成本，提升應急指揮能力。橋梁管理單位遇有突發事件及事故蔓延時，能夠做到早期報警、先期處警、快速反應，用先進的指揮調度手段實現有序科學的應急管理，最大限度地降低經濟損失，消除社會負面影響。