公路橋梁項目健康監測及安全預警

鄧衛平

摘要 公路橋梁項目運營多年后，其整體性能不可避免地會出現衰退，并引發各類質量問題，降低道路行車的安全性，開展公路橋梁質量檢測及安全預警，已成為該領域研究的重中之重。基于此，文章論述了橋梁工程質量監測及安全預警的相關內容，歸納了橋梁質量監測的意義、系統現狀，分析了橋梁安全預警的評估系統、監測方式、監測點設置等內容，設計了一種新的橋梁質量監測及安全預警系統，并取得良好的應用效果，旨在為同類工程項目的管理提供參考。

關鍵詞 公路橋梁工程；健康監測；安全預警

中圖分類號 U446文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0147-03

0 引言

當前，我國橋梁結構安全問題時有發生，橋梁質量監測及維保工作不完整、不到位，是引發該問題的主要原因。因此，該領域研究人員開始重視橋梁質量監測，并采取具體的提質措施，為道路安全保駕護航。隨著科技的發展，傳感、信息采集等技術被發明出來，并在橋梁質量監測方面得到了廣泛應用，為監測效率及準確性的提高提供了技術保障。該文論述了橋梁健康監測及安全預警的相關內容，旨在為此類工程質量監測及預警提供參考。

1 公路橋梁項目健康監測意義

因公路橋梁結構質量問題，導致交通安全事故頻發。因此，需要不斷完善質量檢測技術，以便開展全方位的橋梁健康監測。在原有監測技術的基礎上，結合全新技術，設計出新型的橋梁健康監測系統，以確保在任何環境下，可實現連續監測。收集匯總橋梁結構運營數據后，開展全面分析，在此基礎上，客觀、真實地評估其安全性及承載力，由此制定出更具針對性的維保舉措，指導橋梁維保人員開展工作。實施橋梁質量監測工作，其意義主要在于：

（1）有利于全方位了解橋梁的運營狀況。針對公路橋梁開展質量監測，可快速、完整地收集橋梁的性能數據，維保人員據此科學評估橋梁的運營狀態及承載力，并作出準確評判，在此基礎上發現橋梁結構質量問題及安全隱患，并及時發出預警[1]。此外，還能準確監測出橋梁的內部結構性能，為開展后續維保工作提供依據。

（2）有利于提升維保施工作業水平。全面監測橋梁運營狀態，及時化解維保施工的潛在問題，提升作業水平。

（3）有利于快速準確地傳遞安全預警信息。開展橋梁質量監測，可實時分析橋梁的各項運營數據，通過收集并對比分析其力學參數，在橋梁突遭重大荷載并發生事故時，能快速發出預警，從而及時采取有效措施，徹底消除潛在事故風險[2]。

2 公路橋梁項目健康監測系統現狀

綜合運用各項技術，進行全天候連續性的橋梁健康監測，有效評估其運營狀態，及時作出風險預警，并據此開展橋梁維保工作，提升公路橋梁的運營質量，確保行車安全，這是設計并應用橋梁健康監測系統的主要目的。

（1）該系統實現了對橋梁運營信息的匯總集成，綜合運用各項最新先進技術，監測橋梁的內部構造信息，并進行匯總和分析，從而確定其病害程度及部位。通過運用這一監測系統，及時發現了橋梁的各類潛在風險，避免了安全事故的發生，民眾的切身利益及安全得到了充分保障[3]。

（2）早在二十世紀九十年代，上海的工程技術人員就全面監測了徐浦大橋的運營狀況，這是我國首次開展橋梁運營狀態的動態監測，主要監測其主梁結構、混凝土應變、振速、行車荷載及外部溫濕度，并基于橋梁各項運營數據的全面分析，設計出橋梁綜合監測系統[4]。

（3）針對公路橋梁進行健康監測，其特征如下：①應變、線性及振頻等屬于橋梁結構的相應要素，需要將它們列入重點監測范圍，此外還需要監測橋梁荷載及鋼筋銹蝕情況，從而確保獲得更準確的監測效果；②面向橋梁施工建設的原始數據庫，進行全方位監測，搭建起完整的橋梁信息庫，關于施工、荷載試驗以及模擬計算的全部信息都應包含在內，為橋梁健康監測奠定數據基礎；③為提升橋梁健康監測的準確性及時效性，必須全面運用質量監測系統，并輔以人工監測方式。

3 公路橋梁項目健康監測系統信息庫

收集、匯總并保存公路橋梁的各項性能指標數據，設計出完整的橋梁健康監測系統，便于橋梁維保人員快速獲取相關數據，提高施工作業質量，確保橋梁安全運營[5]。針對正常運營的公路橋梁項目，實施健康監測，就是每隔一段時間，動態監測其主梁、橋墩及臺柱等構造的各項力學數據，全面評估橋梁的運營性能，圖1表示其具體監測流程。

分析圖1可知，監測系統是由信息庫管理、橋梁結構性能評估與維修及保養管理三部分構成，三者具有一定的獨立性，但也存在密切的聯系。監測人員在應用過程中，可根據具體需要，選定任何一個環節開啟系統。橋梁監測系統的數據庫主要包含結構信息、檢查記錄以及維修加固信息。

（1）橋梁結構信息系統。該系統主要包含與橋梁內部構造相關的各項數據，橋梁維保人員可從中提取所需的數據，有助于提高作業質量。監測人員也可利用該系統，獲得必要的信息，全方位地監測橋梁構造[6]。

（2）檢查記錄系統。利用該系統，可收集并分析橋梁的各項監測數據，并繪制圖表完整展現橋梁受力狀態及位移信息。

（3）維修、加固記錄系統。與橋梁維修加固相關的全部數據，例如具體時間、修復位置及維修方法等，都完整地存儲于該系統中，以便后查并供同類項目借鑒。

4 公路橋梁項目安全預警

4.1 安全預警監測內容

隨著公路橋梁維保工作的不斷增加，過去所沿用的人工巡查及維保手段，已無法充分適應現實需求。這就需要綜合運用各項現代科學技術，搭建并應用新型安全預警監測系統，不斷提升橋梁工程監測及預警的自動化、智能化、系統化水平，切實降低橋梁維保難度，減輕維保任務量。當前所用的橋梁質量監測系統具有明顯的缺陷，維保費用高且不便于實際操作，僅能監測大跨徑橋梁項目。基于此，該文在過去所用的橋梁監測技術基礎上，融合了最新技術，構建起全新的橋梁安全預警監測系統，適用于各類橋梁的監測，維保費用低，且易于操作。

采用安全預警監測系統監測橋梁質量時，需綜合考慮橋梁樣式及構造，明確監測范圍，合理設置監測點。為實現安全預警監測目標，主要監測橋梁的如下指標參數：①動態響應指標，主要為橋梁結構應力、位移及振動加速度等；②準靜態變化指標，主要監測橋梁基礎或橋墩變形和沉降情況；③橋梁環境參數，監測橋梁所處環境的溫度、濕度及風力等自然因素；④運營荷載參數，主要為行車荷載參數；⑤結構部件，主要包含產自橋梁內部的支座反力、變形裂縫等[7]。

4.2 安全預警監測評估系統

監管部門開展安全預警監測評估時，通過收集分析監測數據，準確把握橋梁運營狀況，所得分析結果與橋梁質量評估閾值進行比較，基于數據差異分析，準確評估橋梁安全性能。因此，構建安全預警監測評估系統時，需科學選定評價指標及方式，合理設定評價指標閾值。評估系統應用過程中，如果實測數據超出指標閾值，系統會自動發出預警信息。

評估橋梁運營安全狀況，主要包含直接評估與動態變量評估兩種方式。前一種方式是根據橋梁的實時監測數據，直接評估其運營質量，從而全面掌握橋梁的承載性、通行性等信息。后一種方式是從不同監測點收集到的監測數據，將其與橋梁運營狀態的初始值作對比，同時還要比較變化值與均方差限值，通過綜合比較分析，科學評估橋梁結構的安全性，判斷其是否達標[8]。圖2表示中小跨徑橋梁的綜合評定流程。

4.3 安全預警監測方式及理論

收集橋梁振動反應頻率，所用的傳感設備須具有良好性能，并借助于專業技術進行數據分析，由此明確表示橋梁結構模態的相關指標。與此同時，還需要隨機測試環境荷載的激振動力。安排重型汽車行駛在公路橋梁路面上，剎車時開展激振測試。工作人員采用上述檢測方式，可對橋梁結構的動力時程響應有完整的了解[9]。圖3表示動力測試系統的原理內容。

結合公路橋梁的實際情況，會采用同步激振的方式，全面評估其安全預警監測系統及配套系統的性能。在評估過程中，綜合考慮外部環境方面的因素，須最大限度地減少人工作業量，并降低勞動強度。為提升橋梁維護的自動化程度，實施橋梁激振，通常是在自然環境下監測其環境及行車荷載[10]。

4.4 科學設置橋梁安全預警監測點

（1）簡支梁。根據橋梁4分跨間距設置安全預警監測點，有些橋梁為大跨徑，對監測精度有較高的要求，可根據6分跨來設置監測點。

（2）連續梁。若橋梁為2跨，則需匹配2跨簡支梁，來設置安全預警監測點；當橋梁大于3跨時，則不論是主跨還是邊跨，都需要根據8分跨間距，來設置預警監測點；若跨度較小，且對安全預警監測結果的精確度沒有較高要求，則橋梁主跨可設置為4分跨或6分跨。

（3）拱橋。結合橋梁的跨度大小，根據8分跨的間距來布設監測點，在橫向和縱向上分別設置1個監測點，其他部位的監測點為動態的，個數一般會超過3個。

5 結語

綜上所述，隨著經濟社會的快速發展，道路交通荷載量及通行量都急劇增加，這就需要公路橋梁結構具備較高的安全性，且需高度重視公路橋梁質量狀態監測及預警系統的深入研究。該文立足于傳統的公路橋梁質量監測系統，并綜合運用新興的互聯網技術、信息采集技術等，搭建全新的公路橋梁安全預警監測內容與評估系統。該系統功能全面，適用于各類橋梁的監測，且監測結果準確度高。在系統搭建過程中，通過各項新技術的運用，系統的自動化、智能化水平得到全面提升，并廣泛應用于各類公路橋梁工程的質量監測，取得了良好的效果。該文還論述了如何科學設置橋梁的安全預警監測點，對于各種結構的橋梁，提出了具體的布設方法，為系統的正式實施提供了借鑒與指導。

參考文獻

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