朱衛(wèi)國+嚴(yán)圣友

摘 要：文章基于依托工程，從監(jiān)測項目、數(shù)據(jù)處理方法、評估與預(yù)警等方面對其建立長期監(jiān)測系統(tǒng)。主要敘述了依托工程的監(jiān)測項目與預(yù)警方法，可為大跨徑混凝土梁橋長期監(jiān)測系統(tǒng)的建立提供示范作用。

關(guān)鍵詞：大跨徑混凝土梁橋；長期監(jiān)測；數(shù)據(jù)處理；評估；預(yù)警

1 監(jiān)測項目

本文依托工程鐘秀大橋主橋位于江蘇省南通市，主橋是三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，跨徑組合為（60+100+60）m，跨中截面高260cm，墩頂高550cm，采用懸臂澆筑法施工，上部結(jié)構(gòu)模型圖如圖1所示。

在監(jiān)測過程中對鐘秀大橋主橋主梁應(yīng)力、主梁撓度、主梁動力特性、溫度、支座反力以及車輛荷載進行實時監(jiān)測。

主梁應(yīng)力測點、主梁撓度、主梁動力特性以及環(huán)境溫度的測點斷面位置見圖2所示。圖中傳感器編號為：截面-監(jiān)測項目：對應(yīng)傳感器數(shù)目，其中監(jiān)測項目為：Y-應(yīng)力；N-撓度；D-動力。

應(yīng)力監(jiān)測測點在截面上的具體布置，根據(jù)監(jiān)測斷面的不同而不同，如圖3所示。其中圖3（a）所示為鐘秀大橋各跨墩頂1/4L截面的測點布置示意圖，圖3（b）所示為中跨跨中截面、邊跨端部1/4L截面的測點布置示意圖，圖3（c）所示為墩頂截面測點布置示意圖。

鐘秀大橋主橋主梁應(yīng)力可采用振弦式應(yīng)變計進行監(jiān)測，如HC-1100型號應(yīng)變計，為表面式應(yīng)變計。鐘秀大橋主橋縱向坡度為2.5%，跨中離橋臺位置距離110m，主梁在橋臺與中跨跨中高差相差過大（11000×0.025=275cm>260cm），需設(shè)置多套獨立的連通管系統(tǒng)。根據(jù)圖2所示，撓度監(jiān)測斷面共有端部截面（2個）、邊跨墩頂2/3截面（2個）、墩頂截面（2個）、中跨1/4截面（2個）、中跨跨中截面（1個）。經(jīng)過試算后，需對其設(shè)置3套連通管系統(tǒng)，以完成對上述9個截面的撓度測量。其中邊跨測點組成一個系統(tǒng)，即A、C、F或J、L、M，中跨測點組成一個測點，即F、G、H、I、J，其中F、J斷面測點具有轉(zhuǎn)點作用，需在這兩個斷面上安裝兩個靜力水準(zhǔn)儀。3個撓度連通管系統(tǒng)通過墩頂截面（即F、J截面）進行換算，進而可得各截面撓度值。為減小誤差，相鄰截面的靜力水準(zhǔn)儀分別放置主梁左、右腹板內(nèi)側(cè)，如圖4所示，其中d值可見表1所示。d值的計算為：d=截面高度-距頂板距離-底板厚度，其中距頂板距離是指靜力水準(zhǔn)儀與頂板上緣的距離，該值并不固定，主要是考慮靜力水準(zhǔn)儀能否在箱梁內(nèi)安裝在同一水平高度線上。

鐘秀大橋主橋動力監(jiān)測可采用伺服式加速度計，動力監(jiān)測測點位置可安裝固定于箱室內(nèi)部底板部位。

橋址處環(huán)境溫度，可采用HMP45D型溫濕一體化傳感器進行監(jiān)測，可置于墩頂部位頂板下緣位置或橋頭某處位置。橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度，則通過對每個應(yīng)變傳感器內(nèi)嵌熱敏電阻進行監(jiān)測。

對于支座反力，可在每個支座處安裝反力傳感器進行監(jiān)測。對于車輛荷載，可在橋頭部位安裝動態(tài)地磅進行監(jiān)測。

2 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)中的核心模塊，負責(zé)將數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)輸出的各類原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理與轉(zhuǎn)換、誤差消除、統(tǒng)計分析等，同時也將處理得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中歸檔存儲，以及傳輸?shù)皆u估預(yù)警系統(tǒng)中查看是否引起警報。

3 評估與預(yù)警方法

3.1 綜合評估

鐘秀大橋主橋可采用基于層次分析法的變權(quán)綜合評估法進行評估，其評估指標(biāo)可見圖6所示。

3.2 預(yù)警設(shè)置

在計算時，需考慮的荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、汽車荷載、收縮徐變以及溫度作用。溫度作用可分為截面梯度作用與系統(tǒng)溫度作用。對于汽車荷載，根據(jù)設(shè)計圖紙，在Midas/Civil中對其設(shè)置3車道。溫度作用按規(guī)范進行設(shè)置。在上述荷載中，結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力以及收縮徐變對于各點應(yīng)力的效應(yīng)都是恒定的。而汽車荷載及溫度作用所產(chǎn)生的效應(yīng)值是變化的，對各測點應(yīng)力可正可負（汽車荷載布置于不同跨，溫度變化可正可負）。

如圖7所示，為鐘秀大橋主橋在成橋1年時，全跨范圍內(nèi)各截面頂、底板邊緣位置，在上述荷載中的應(yīng)力最大值與最小值示意圖。其中溫度荷載只取其梯度溫度效應(yīng)（橋梁縱向靜定，系統(tǒng)溫度效應(yīng)很小）。圖中所示應(yīng)力最大或最小值，即為預(yù)警的安全閥值，即為紅色警報值，將其乘以0.8即可得黃色警報值。中跨跨中頂、底板邊緣位置的應(yīng)力警報值如表2所示，其他截面的應(yīng)力預(yù)警閥值類似計算。

撓度的預(yù)警閥值求解過程類似，所需考慮的荷載是汽車荷載、溫度作用。其中溫度作用只考慮其系統(tǒng)溫度作用（梯度作用影響很?。?。圖8所示為結(jié)構(gòu)在汽車荷載以及溫度作用下的撓度變化值。其最大值或最小值即為結(jié)構(gòu)撓度安全閥值，也即為紅色警報值，將其乘以0.8即得黃色警報值。中跨跨中截面的撓度警報值可見表3所示。

4 長期監(jiān)測總體框架

鐘秀大橋主橋長期監(jiān)測總體框架，可以由傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析、結(jié)構(gòu)響應(yīng)對比分析、綜合狀況評估與預(yù)警以及數(shù)據(jù)管理等部分組成，如圖9所示。

傳感器系統(tǒng)是利用相關(guān)監(jiān)測設(shè)備，根據(jù)前述方法對結(jié)構(gòu)進行布設(shè)，負責(zé)監(jiān)測結(jié)構(gòu)在荷載作用下的如應(yīng)力、撓度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)則負責(zé)將傳感器系統(tǒng)監(jiān)測到的信息進行收集，并將其傳輸至數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)中。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與分析后，將不同時間段上的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行對比分析，可對結(jié)構(gòu)健康狀況有一定的了解。同時結(jié)合橋梁綜合狀況評估以及預(yù)警分析，可較為準(zhǔn)確的把握橋梁健康狀況，并可對橋梁養(yǎng)護維修提供建議。整個監(jiān)測過程在運行中所產(chǎn)生的全部原始數(shù)據(jù)（頻率、液位變化等）及監(jiān)測數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形、振型、溫度等），需要通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行備份長期儲存，以備統(tǒng)計分析。

5 結(jié)束語

本文主要對課題依托工程——鐘秀大橋主橋，從監(jiān)測項目、數(shù)據(jù)處理方法以及評估預(yù)警等三個方面敘述了建立長期監(jiān)測的過程，其中對監(jiān)測項目及預(yù)警進行了主要敘述。該方法具有針對性和經(jīng)濟性，可以為這類橋梁的長期監(jiān)測提供指導(dǎo)作用。

參考文獻

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