于 洋， 楊有輝， 唐 浩

(1.齊魯交通養(yǎng)護(hù)股份有限公司， 山東 聊城 250000； 2.重慶全通工程建設(shè)管理有限公司， 重慶 400067；3.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

橋梁結(jié)構(gòu)老化、車輛超載、船撞、自然災(zāi)害等都是影響安全的重要因素[1-5]。為了及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)隱患，近年來許多橋梁都建立了遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)[6-9]，專家、學(xué)者、管理者、技術(shù)人員通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，即可了解橋梁實(shí)時運(yùn)營狀態(tài)[10-15]，保障交通生命線和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)。本文通過對國內(nèi)某實(shí)橋A伸縮縫位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常是由橋梁的約束體系發(fā)生改變引起。管養(yǎng)人員現(xiàn)場確認(rèn)橋梁輔助墩支座損壞，與位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致。2019年1月，該橋已更換損壞支座，完成加固施工，確保了安全運(yùn)營。

1 橋梁概況及伸縮縫位移測點(diǎn)位置

橋梁A全長992 m，主橋長632 m，主橋上部結(jié)構(gòu)為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。整體以樁號增大方向(B1→B2)為正方向，各墩臺編號按正方向依次為 0#臺、1#墩～13#墩、14#臺，按正方向定義左右側(cè)，如圖1所示。其中，大橋的整體縱向位移是直觀評估大橋內(nèi)力狀態(tài)的重要參數(shù)，采用磁致伸縮位移計(jì)對主橋兩岸伸縮縫變形進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測主梁在伸縮縫處的位移可為評估主梁和伸縮縫的安全使用狀態(tài)提供依據(jù)。

(a) 立面示意

(b) 平面示意

2 伸縮縫位移監(jiān)測分析

2018年3月1日至2018年5月31日,4個伸縮縫測點(diǎn)的實(shí)測位移監(jiān)測曲線如圖2～圖5所示(以伸縮縫擴(kuò)展為正)。從圖2～圖5可以看出，隨著環(huán)境溫度的整體上升，主橋兩岸4個伸縮縫位移測點(diǎn)監(jiān)測值均有一定減小趨勢，但都未超過設(shè)定報(bào)警閾值，總體來看實(shí)測曲線較為平穩(wěn)，符合理論計(jì)算規(guī)律和歷史監(jiān)測結(jié)果。

圖2 EJD-1位移監(jiān)測曲線

兩岸統(tǒng)計(jì)特征值見表1。由表1可知，A橋主橋B2岸位移監(jiān)測波動量、標(biāo)準(zhǔn)差約是B1岸的2倍，說明B2岸監(jiān)測值離散程度較B1岸更大，且B2岸監(jiān)測值的均值與B1岸差異明顯，說明兩岸位移監(jiān)測值不在同一水平。由于該橋結(jié)構(gòu)對稱，在溫度荷載、車輛荷載作用下兩岸伸縮縫變化規(guī)律應(yīng)一致，但實(shí)際分析結(jié)果與理論規(guī)律差異較大。

圖3 EJD-2位移監(jiān)測曲線

圖4 EJD-3位移監(jiān)測曲線

圖5 EJD-4位移監(jiān)測曲線

表1 位移監(jiān)測統(tǒng)計(jì)值 mm

2016年7月1日至2018年6月15日,兩岸位移差異性曲線如圖6、圖7所示。從圖6、圖7可以看出，在1年半的時間內(nèi)，主橋兩岸左右兩側(cè)差異始終維持在一定水平波動；但從2018年2月16日開始，差異水平顯著提高，兩岸伸縮縫的變形規(guī)律與之前的變形規(guī)律明顯不同。

圖6 右側(cè)位移差異曲線

圖7 左側(cè)位移差異曲線

為了進(jìn)一步分析兩岸位移監(jiān)測曲線的關(guān)聯(lián)性，采用互相關(guān)系數(shù)與特征空間距離評價時間序列的相似性，如圖8所示。在數(shù)據(jù)挖掘過程中，相似度度量和距離度量是最常用來衡量個體、數(shù)列關(guān)聯(lián)性的評價指標(biāo)。從圖8可以看出，距離度量衡量的是空間各點(diǎn)間的絕對距離，跟各點(diǎn)所在位置坐標(biāo)(即個體特征維度的數(shù)值)直接相關(guān)；而余弦相似度衡量的是空間向量夾角，更加體現(xiàn)的是在方向上的差異，而不是位置。如果保持A點(diǎn)位置不變，B點(diǎn)朝原方向遠(yuǎn)離坐標(biāo)軸原點(diǎn)，那么此時余弦相似度cosθ是保持不變的，因?yàn)閵A角不變，而A、B兩點(diǎn)的距離顯然在發(fā)生改變。

圖8 角度相似性與空間位置相似性差異

2016年7月1日至2018年6月15日,兩岸右側(cè)、左側(cè)伸縮縫測點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)曲線及特征空間距離如圖9～圖12所示。從圖9、圖10可以看出，相關(guān)系數(shù)始終大于0.65，是強(qiáng)相關(guān)，說明兩岸監(jiān)測數(shù)據(jù)在“角度”相似性上始終處于較為穩(wěn)定的水平。從圖11、圖12可以看出，自2018年2月16日開始，特征空間距離出現(xiàn)較為明顯的變化，與前期穩(wěn)定的空間位置形成鮮明對比，這也與前述差異性分析的結(jié)果一致。

圖9 右側(cè)相關(guān)系數(shù)

圖10 左側(cè)相關(guān)系數(shù)

圖11 右側(cè)特征空間距離

圖12 左側(cè)特征空間距離

3 現(xiàn)場?？?/h2>

雖然通過對伸縮縫位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)的異常征兆，但這不能排除是橋梁監(jiān)測系統(tǒng)故障導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)失真的可能。技術(shù)人員于2018年6月20日前往A橋現(xiàn)場勘測，如圖13所示；人工檢測結(jié)果見表2。從表2可知，同一天上午、下午2個時間段，人工檢測B2岸左、右側(cè)位移監(jiān)測波動量的確大于B1岸左、右側(cè)，這與前述位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果一致，說明橋梁運(yùn)營監(jiān)測系統(tǒng)工作正常。

(a) 8#墩 (b) 13#墩

表2 人工檢測結(jié)果與自動監(jiān)測結(jié)果比較

后經(jīng)橋梁結(jié)構(gòu)專家深入分析，懷疑上述異常征兆是由橋梁結(jié)構(gòu)的約束體系發(fā)生改變引起。隨即，橋梁管理單位再次進(jìn)行人工復(fù)核，人工測量結(jié)果與前述分析結(jié)論一致，同時確認(rèn)是橋梁輔助墩支座損壞。2019年1月，該橋更換了損壞支座，完成了橋梁加固施工。

4 結(jié)束語

1) 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化往往不是單一地通過某一個測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)體現(xiàn)，前述實(shí)橋A四個伸縮縫位移監(jiān)測曲線單獨(dú)觀測時都較為平穩(wěn)，但綜合分析4個測點(diǎn)的差異性、關(guān)聯(lián)性時卻發(fā)現(xiàn)了伸縮縫監(jiān)測量的異常征兆。

2) 通過對伸縮縫位移遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)異常，經(jīng)專家綜合分析判斷，現(xiàn)場反復(fù)查驗(yàn)，找出結(jié)構(gòu)異常之處進(jìn)行加固處理，確保了橋梁安全。

3) 采用遠(yuǎn)程多測點(diǎn)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可從區(qū)域化、整體化變化趨勢發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常，能及時、準(zhǔn)確作出判斷，為現(xiàn)場管養(yǎng)技術(shù)人員提供有效信息，及時反饋檢查，確保在役橋梁的安全。