尹云廳

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074）

炳草崗大橋長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)方案比選

尹云廳

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074）

炳草崗大橋作為一座已建成近10年的獨(dú)塔密索式斜拉橋，由于其橋結(jié)構(gòu)較為特殊，為了進(jìn)一步保障炳草崗大橋運(yùn)營(yíng)的健康與安全，本文討論了3種適用于炳草崗大橋的橋梁遠(yuǎn)程在線長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)方案。

一、工程概況

炳草崗大橋，主橋總長(zhǎng)516.3米，主跨徑200米，橋面總寬23.9米，其中單塔斜拉23對(duì)共92根拉索，斜拉索跨徑150米，T型剛構(gòu)跨徑50米，主梁為預(yù)應(yīng)力砼雙縱肋，主塔總高度180.8米。該橋的突出特點(diǎn)是，炳草崗金沙江大橋是由一座剛?cè)狍w系組合大橋，即單塔斜拉橋與T型剛構(gòu)組成組合體系，屬非對(duì)稱式的大橋。

二、混凝土斜拉橋常見(jiàn)病害及原因

2.1 拉索病害及原因

拉索是斜拉橋的重要組成部分,拉索病害通常主要分為三類（1）拉索護(hù)套病害（2）拉索鋼絲病害 （3）斜拉索錨具的銹蝕。不少已建斜拉橋出現(xiàn)了上述斜拉索的病害。

斜拉索病害的主要原因可以分為累積損傷和自然損傷。拉索的長(zhǎng)期積累損傷主要是疲勞和腐蝕。對(duì)于自然損傷,主要是指偶發(fā)性事故如洪水、交通事故、船撞擊等不可預(yù)見(jiàn)的偶然事件導(dǎo)致的斜拉索損傷。

2.2 主梁的裂縫病害及其主要原因

斜拉橋的主梁不僅承受彎矩,同時(shí)也承受斜拉索的水平分力,處于受組合力狀態(tài),是斜拉橋上部結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu),主梁及橋面板在橋梁運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)的最多的病害就是主梁頂板、橫隔梁及腹板出現(xiàn)裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因很多,如荷載作用、混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎(chǔ)的不均勻沉降以及鋼筋的銹蝕等,而許多裂縫往往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結(jié)果。

2.3 索塔病害及其主要原因

斜拉橋的索塔是承受荷載的主要構(gòu)件,索塔病害的主要表現(xiàn)為主塔偏位和混凝土裂縫。

2017年1月～12月，新疆油田勘探鉆井共開(kāi)鉆70口井，完成54口，累計(jì)進(jìn)尺約223383m，其中，應(yīng)用去磺化環(huán)保鉆井液體系的井?dāng)?shù)達(dá)到43口，占總井?dāng)?shù)的80%，累計(jì)進(jìn)尺約166079m，減少磺化類水基巖屑32812方，與磺化類水基巖屑相比，去磺化類水基巖屑的單位成本降低54%，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于主塔偏位其主要原因有:斜拉橋的索塔是一種懸臂結(jié)構(gòu),每根索的索力都會(huì)使索塔產(chǎn)生沿其水平方向的位移。許多水平作用經(jīng)過(guò)相互消減,疊加后在塔柱上反映出綜合位移,其中以塔頂最為顯著。

索塔混凝土普通裂縫的原因基本與上述主梁發(fā)生裂縫的原因相同。

索塔的疲勞損傷,其主要原因是車輛荷載作用、風(fēng)力、溫差等因素會(huì)造成索力的變化。這些反復(fù)的、有周期的作用將會(huì)使混凝土斜拉橋的索塔出現(xiàn)疲勞損傷, 導(dǎo)致索塔錨固區(qū)的混凝土過(guò)早出現(xiàn)裂紋、承載能力下降、使用壽命減少。

三、炳草崗大橋健康監(jiān)測(cè)方案方案比選

3.1 方案一：炳草崗大橋遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

由傳感器、二次儀表及高可靠性的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)等部分組成。實(shí)現(xiàn)多種信息源、不同物理信號(hào)的采集與預(yù)處理, 并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取所需要的參數(shù),以一定的形式存儲(chǔ)起來(lái)。用于采集監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中的3大類參數(shù)：荷載源，系統(tǒng)特性，橋梁的響應(yīng)。同時(shí)還包括地基基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測(cè)和外觀的整體監(jiān)測(cè)。

（2）診斷系統(tǒng)

利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷, 包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。將處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，即狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。

傳感器監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)信號(hào),經(jīng)過(guò)采集與處理,由通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行分析和判斷,從而對(duì)結(jié)構(gòu)的健康狀況作出評(píng)估。

該方案具有監(jiān)測(cè)內(nèi)容全面，人為因素少等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)不直觀，分析狀態(tài)相對(duì)較復(fù)雜。

3.2 方案二：炳草崗大橋移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（主梁下方）

主要方法是在人工難以到達(dá)主梁下方設(shè)置自動(dòng)行走與管理的視頻監(jiān)控設(shè)施、拉索采用索力爬行機(jī)器人、撓度采用激光位移傳感器；在人力能夠企及的地方采用人工定期檢測(cè)的方式。由于橋墩將隔斷自行桁架運(yùn)行路線，因此對(duì)于主橋斜拉橋部分及連續(xù)剛構(gòu)部分需要設(shè)置三套裝置。該方案優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)直觀，方法成熟。缺點(diǎn)是人為因素較重。

（一）拉索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)纜索的檢測(cè)采用爬行機(jī)器人與人工索力計(jì)相結(jié)合的拉索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以人工定期檢測(cè)的方式進(jìn)行。

（二）主塔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：主塔主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為塔內(nèi)拉索錨頭健康狀況，可以利用塔內(nèi)現(xiàn)有檢修通道，由檢測(cè)人員進(jìn)入后直接進(jìn)行檢查。

（三）主梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：主梁主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為主梁變形及主梁下部裂縫情況，其中主梁變形監(jiān)測(cè)通過(guò)安裝激光位移計(jì)的方式，而主梁下部裂縫情況和斜拉索下錨頭狀況通過(guò)主梁下方的移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行高頻定期檢測(cè)。該方案優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)直觀，方法成熟。缺點(diǎn)是人為因素較重。

3.3 方案三：炳草崗大橋移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（主梁外側(cè)）

與方案（二）類似，但將自行桁架式視頻監(jiān)控裝置、安裝于主梁兩側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是不與橋墩及主塔位置沖突，可以通過(guò)繞行的方式設(shè)置，全橋可只設(shè)置兩套裝置視頻監(jiān)控設(shè)施，與方案（二）比較，將節(jié)約一套行走裝置，降低造價(jià)，缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)主梁下方所有位置進(jìn)行觀測(cè)，只能對(duì)主梁外側(cè)面及底面進(jìn)行觀測(cè)。

（1）拉索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

對(duì)纜索的檢測(cè)采用爬行機(jī)器人與人工索力計(jì)相結(jié)合的拉索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以人工定期檢測(cè)的方式進(jìn)行。

（2）主塔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

主塔主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為塔內(nèi)拉索錨頭健康狀況，可以利用塔內(nèi)現(xiàn)有檢修通道，由檢測(cè)人員進(jìn)入后直接進(jìn)行檢查。

（3）主梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

主梁主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為主梁變形及主梁外側(cè)及梁底裂縫情況，其中主梁變形監(jiān)測(cè)通過(guò)安裝激光位移計(jì)的方式，而主梁外側(cè)面、底面裂縫情況和斜拉索下錨頭狀況通過(guò)主梁外側(cè)的移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行高頻定期檢測(cè)。

四、結(jié)論

結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的監(jiān)控橋梁健康與安全狀態(tài)的重要手段。項(xiàng)目組總結(jié)了現(xiàn)有幾種主要的橋梁長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方法，根據(jù)炳草崗大橋特點(diǎn)，并調(diào)查了類似的混凝土斜拉橋常見(jiàn)病害及原因，在此基礎(chǔ)上提出了三種適用于炳草崗大橋的橋梁遠(yuǎn)程在線長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)方案。方案一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)噪音大、識(shí)別率低，在對(duì)橋梁健康判斷時(shí)，不能直觀、準(zhǔn)確的評(píng)估橋梁健康狀況。方案二及方案三測(cè)直觀，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等常見(jiàn)病害具有發(fā)現(xiàn)及時(shí)、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)管養(yǎng)人員專業(yè)水平要求較低，便于管養(yǎng)單位日常養(yǎng)護(hù)和長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)。

根據(jù)上述分析，推薦炳草崗大橋移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（主梁外側(cè)）（方案三）為推薦方案。

[1]蔣佳晉.橋梁變形監(jiān)測(cè)方案分析與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析[J]. 江西建材, 2014(23).

[2]申冠鵬,袁輝明. 城市橋梁變形監(jiān)測(cè)方案研究[J]. 山西建筑, 2010, 36(9):322-324.

[3]喻艷梅.對(duì)橋梁安全問(wèn)題的監(jiān)測(cè)方案研究[J]. 科技資訊, 2006(12):27-28.

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1007-6344（2016）08-0052-01

尹云廳（1993-）碩士 重慶交通大學(xué) 橋梁加固方向