浦童剛，徐建光，吳 鳴，劉 浩，王延寧

（1.汕頭大學(xué)土木與環(huán)境工程系，廣東 汕頭 515063；2.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 青島 266033；3.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 前言

近年來(lái)隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、深度學(xué)習(xí)、云計(jì)算等技術(shù)與工程領(lǐng)域的融合不斷深入，基于各種數(shù)據(jù)分析技術(shù)的高效、連續(xù)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Bridge Structural Health Monitoring System，BSHMS）在橋梁工程領(lǐng)域被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用[1-3].結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（Structural Health Monitoring，SHM）是橋梁建設(shè)中的一項(xiàng)重要工作，為確保橋梁結(jié)構(gòu)滿足安全、適用、耐久的功能需求，SHM技術(shù)作為一種工具可對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè).對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估，建立施工或運(yùn)營(yíng)期間的安全預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)成了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界以及工程界都十分關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[4].

國(guó)內(nèi)外目前在許多大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)上建立了具有針對(duì)性的BSHMS，比如港珠澳大橋[5]、武漢二七長(zhǎng)江大橋[6]、Bosphorus Bridge[7]等，孫利民等[8]總結(jié)了國(guó)內(nèi)外重要橋梁對(duì)BSHMS的運(yùn)用情況，并以時(shí)間軸形式進(jìn)行了梳理；馬乃軒等[9]對(duì)服役期內(nèi)的一座扁平鋼箱梁斜拉橋開(kāi)展了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究.基于已有BSHMS獲取的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，諸多學(xué)者對(duì)在役運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下斜拉橋主梁或主塔的溫度、拉索索力、撓度、應(yīng)力、動(dòng)力特性等監(jiān)測(cè)參數(shù)開(kāi)展了大量的研究.上述研究主要集中于運(yùn)營(yíng)期的健康監(jiān)測(cè)研究，而針對(duì)施工過(guò)程，由于相對(duì)服役期而言時(shí)間較短，布設(shè)傳感器影響施工組織等原因，這方面的研究相對(duì)很少，但施工期的監(jiān)測(cè)對(duì)橋梁健康也意義重大，其能夠記錄橋梁結(jié)構(gòu)在施工期間的環(huán)境變化、構(gòu)件行為與性能演變過(guò)程，在結(jié)構(gòu)施工的每一時(shí)刻，能診斷組成材料的狀態(tài).對(duì)于斜拉橋這類高次超靜定橋跨結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)成橋時(shí)的結(jié)構(gòu)線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力與施工過(guò)程有著密切的關(guān)系.因此，在斜拉橋施工過(guò)程中，建立一個(gè)安全穩(wěn)定的BSHMS進(jìn)而科學(xué)評(píng)估橋梁短期施工階段的結(jié)構(gòu)性能，以安全高效地完成項(xiàng)目目標(biāo)十分必要.

基于此，為確保在施工過(guò)程中斜拉橋重要構(gòu)件的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)安全可控，同時(shí)處于合理的范圍內(nèi)，本研究以一座鋼箱梁斜拉橋—中砂大橋在施工期間的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立結(jié)構(gòu)施工期間的BSHMS，以重要施工工序?yàn)楣?jié)點(diǎn)，對(duì)中砂大橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的索力、應(yīng)力、溫度及線形等指標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和分析.該研究可為同類型橋梁施工期間健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供科學(xué)參考.

1 項(xiàng)目概況

中砂大橋位于廣東省汕頭市，大橋東接澄海區(qū)、西接龍湖區(qū).橋梁全長(zhǎng)1325 m，主橋采用橋跨布置為80 m＋180 m＋80 m＝340 m的三跨連續(xù)雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，邊中跨比為0.444，主橋塔梁分離，主梁通過(guò)支座支承在塔墩上.此橋主塔高度為83 m，其中上塔柱高度68 m范圍內(nèi)為鋼結(jié)構(gòu)，下塔柱15 m范圍內(nèi)為混凝土結(jié)構(gòu)，中間4 m范圍內(nèi)是鋼混結(jié)合段.上塔柱截面采用矩形加勁鋼箱斷面.主梁為正交異性扁平鋼箱梁，整幅布置，截面形式為單箱五室斷面.在保證塔高、跨徑協(xié)調(diào)的前提下，在橋面中心處設(shè)置雙索面平行鋼絲拉索，采用錨箱錨固，全橋共48根，主塔每側(cè)各6對(duì)拉索.中砂大橋橋型布置圖如圖1所示.

圖1 中砂大橋橋型布置圖

2 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

斜拉橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力響應(yīng)與結(jié)構(gòu)狀態(tài)密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)中砂大橋物理參數(shù)的分析，在不同部位部署了不同的傳感器，并建立了中砂大橋施工期間的BSHMS，整個(gè)系統(tǒng)主要由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成.

2.1 傳感器子系統(tǒng)

2.1.1 監(jiān)測(cè)傳感器及設(shè)備

傳感器的選取及配置對(duì)監(jiān)測(cè)后期的數(shù)據(jù)處理和損傷檢測(cè)的可靠程度具有重要的影響[10].傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備的類型經(jīng)過(guò)精心選擇，其性能能夠滿足測(cè)量范圍、采樣率、靈敏度的要求.為實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，傳感器的選擇如下：

a.對(duì)于局部應(yīng)力，應(yīng)力作為局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)之一，對(duì)橋梁的施工損傷非常敏感.本項(xiàng)目中應(yīng)力的監(jiān)測(cè)采用表面型智能弦式應(yīng)變計(jì)，其在工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中被廣泛應(yīng)用.采用現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)姆绞剑瑢?yīng)變計(jì)4根導(dǎo)線對(duì)應(yīng)連接于綜合采集模塊（Integrated Acquisition Module，IAM）的輸入端，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時(shí)發(fā)送.

b.對(duì)于拉索張力，目前工程實(shí)踐中有許多方法，包括基于磁彈性效應(yīng)的傳感器技術(shù)、使用測(cè)壓元件的直接測(cè)量，以及基于拉索振動(dòng)的間接張力估計(jì).目前主要用弦振式力傳感器、穿心式傳感器對(duì)施工過(guò)程中平行鋼絲斜拉索的索力進(jìn)行測(cè)量.本項(xiàng)目采用JMM-268型橋梁索力動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行施工過(guò)程中的索力測(cè)量.

c.對(duì)于結(jié)構(gòu)溫度，本項(xiàng)目采用的表面型智能弦式應(yīng)變計(jì)內(nèi)置半導(dǎo)體溫度傳感器，結(jié)構(gòu)溫度可隨應(yīng)力一同采集.對(duì)于索溫，采用JMT-36B半導(dǎo)體溫度傳感器進(jìn)行斜拉索索溫的檢測(cè)，在制作斜拉索時(shí)，制作2根2 m長(zhǎng)與實(shí)橋斜拉索材質(zhì)相同的試驗(yàn)索，在試驗(yàn)索內(nèi)部和索PE護(hù)套的內(nèi)表面沿圓周方向均勻布設(shè)溫度傳感器.

d.對(duì)于變形和線形控制，采用棱鏡、全站儀、水準(zhǔn)儀等光學(xué)測(cè)量裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè).用紅外測(cè)溫槍及風(fēng)速風(fēng)向儀分別監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度和風(fēng).中砂大橋BSHMS用到的主要傳感器和儀器如表1所示.

表1 中砂大橋主要傳感器和儀器

此外，需要指出的是，為保障傳感器在未接入自動(dòng)采集與傳輸子系統(tǒng)之前能及時(shí)有效地采集所需數(shù)據(jù)，對(duì)表面型智能弦式應(yīng)變計(jì)和JMT-36B半導(dǎo)體溫度傳感器配備了JMZX-300XL手持式綜合測(cè)試儀（如表1中所示），可靈活采集數(shù)據(jù)；為保障表面型智能弦式應(yīng)變計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)表面有效粘結(jié)，傳感器安裝前對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行打磨處理，之后選用平底安裝座進(jìn)行點(diǎn)焊安裝.

基于上述監(jiān)控設(shè)備和傳感器，建立了中砂大橋BSHMS的傳感系統(tǒng)，如圖2所示.

圖2 傳感器子系統(tǒng)

2.1.2 監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)及傳感器布置

設(shè)計(jì)BSHMS的關(guān)鍵問(wèn)題之一便是對(duì)傳感器的優(yōu)化布置，這關(guān)系到數(shù)據(jù)采集的有效性和采集效率.各監(jiān)測(cè)截面和測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示.需要指出的是，在主梁和主塔的各測(cè)點(diǎn)位置同時(shí)安裝應(yīng)力和溫度傳感器進(jìn)行同步采集.主梁鋼箱梁應(yīng)力和溫度監(jiān)測(cè)截面布置如下：塔周支架吊裝B類梁段的端部位置（B3和B4截面）；第三根斜拉索梁段（C3、E3）的前端位置（B2和B5截面）；第五根斜拉索梁段（C5、E5）的前端位置（B1和B6截面）.9#塔處監(jiān)測(cè)截面與10#塔處監(jiān)測(cè)截面關(guān)于跨中呈對(duì)稱布置，主橋共布置12個(gè)監(jiān)測(cè)截面，共計(jì)安裝96個(gè)傳感器.

圖3 監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)及傳感器布置示意圖

根據(jù)主塔受力特點(diǎn)，主塔應(yīng)力、溫度監(jiān)測(cè)截面布置在塔柱下部和中部位置.每個(gè)主塔共布置三個(gè)應(yīng)力、溫度監(jiān)測(cè)截面，其中的兩個(gè)監(jiān)測(cè)截面布置4個(gè)傳感器（T1和T2截面），另一個(gè)監(jiān)測(cè)截面布置8個(gè)傳感器（T3截面）；9#塔處監(jiān)測(cè)截面與10#塔處監(jiān)測(cè)截面一樣，主塔共布置32個(gè)傳感器.

主塔偏位采用棱鏡追蹤法監(jiān)測(cè)，測(cè)量示意圖如圖4所示.通過(guò)測(cè)量在主塔上布設(shè)的棱鏡的空間位置來(lái)計(jì)算主塔的偏位.棱鏡安裝在塔的頂端，每個(gè)主塔有兩個(gè)棱鏡監(jiān)測(cè)截面（P1和P2截面），全橋共計(jì)4個(gè)棱鏡測(cè)點(diǎn)截面，共安裝8個(gè)棱鏡.

圖4 主塔偏位和主梁線形測(cè)量示意圖

斜拉索的溫度測(cè)試通過(guò)“溫度試驗(yàn)索”來(lái)進(jìn)行，全橋共布置2套測(cè)溫索，每套測(cè)溫索內(nèi)分別埋入5個(gè)JMT-36B半導(dǎo)體溫度傳感器用以進(jìn)行斜拉索的溫度測(cè)量.

2.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)中主要用到的設(shè)備如表2所示.其中全密封標(biāo)配機(jī)箱內(nèi)含有電源控制模塊；太陽(yáng)能電池板為蓄電池充電，繼而為機(jī)箱供電；DTU配合DSC用戶系統(tǒng)軟件在遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)時(shí)聯(lián)合使用；IAM的各通道均可接入智能弦式或半導(dǎo)體溫度傳感器，自動(dòng)識(shí)別智能傳感器型號(hào)、編號(hào)，直接給出傳感器測(cè)量的物理量.這5個(gè)設(shè)備共同組合成數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備（圖5），全橋共布置6套.

表2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)主要設(shè)備

圖5 數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備

數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)（圖6）中起關(guān)鍵作用的設(shè)備是DTU.DTU支持多數(shù)據(jù)中心，可配置多個(gè)通道，每個(gè)通道連接一個(gè)數(shù)據(jù)中心，第一個(gè)通道默認(rèn)是DTU終端管理通道，即連接驛云平臺(tái).可通過(guò)該通道進(jìn)行DTU狀態(tài)查看，參數(shù)修改、固件升級(jí)等管理操作.第二個(gè)通道連接mServer，在mServer中可設(shè)置相應(yīng)的域名和端口，在DTU中插入具有上網(wǎng)功能的SIM電話卡，利用4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連上Internet，隨后可實(shí)現(xiàn)與mServer監(jiān)聽(tīng)端口的連接（域名：eyun.etungtech.com，端口：8080）.傳感器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電線連接到IAM，之后通過(guò)RS-485串口線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源與DTU的物理連接.

圖6 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)

2.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)主要包括驛云平臺(tái)、串口通、用戶系統(tǒng)軟件DSC等，如圖6所示.監(jiān)測(cè)中心電腦運(yùn)行串口通軟件，通過(guò)mServer連接到驛云平臺(tái)，將4G無(wú)線數(shù)據(jù)終端DTU映射為客戶端的虛擬串口，這樣電腦就可以通過(guò)虛擬串口遠(yuǎn)程訪問(wèn)DTU，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)等操作.另外，用戶系統(tǒng)軟件DSC也通過(guò)虛擬串口連接到串口通，由此無(wú)線、雙向的數(shù)據(jù)通信便可在監(jiān)測(cè)設(shè)備與用戶系統(tǒng)軟件DSC之間建立.

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的BSHMS現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備經(jīng)密封與防水設(shè)計(jì)，采用4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣可極大提高系統(tǒng)的靈活性.個(gè)人筆記本電腦或計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)的上位機(jī)，可與用戶系統(tǒng)軟件DSC、串口通信軟件等組成監(jiān)測(cè)指揮控制系統(tǒng)，上位機(jī)通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)間接與IAM建立聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、定時(shí)上載傳輸、存儲(chǔ)，結(jié)果分析與處理.

3 健康監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

斜拉索索力及主梁線形是斜拉橋施工過(guò)程中最重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，索力和線形與溫度具有較強(qiáng)的相關(guān)性，受溫度的影響很大.鋼箱梁主梁施工階段一般應(yīng)力水平相對(duì)較低（一般均小于100 MPa），但在風(fēng)力較大時(shí)會(huì)影響到正常的施工.鋼主塔應(yīng)力在某些非對(duì)稱施工中是安全預(yù)警的重要指標(biāo)，對(duì)施工安全具有重要的預(yù)警作用.對(duì)斜拉索索溫、塔梁溫度的監(jiān)測(cè)可以獲得結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的近似分布，有助于提高控制精度，同時(shí)結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)可為應(yīng)力監(jiān)測(cè)提供溫度補(bǔ)償，確定關(guān)鍵截面的溫度范圍.主塔偏位數(shù)據(jù)作為線形控制的輔助判讀參數(shù)，可為施工監(jiān)控的誤差分析、參數(shù)識(shí)別等提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，保證主塔的安全，確保成橋塔偏滿足設(shè)計(jì)要求.

綜上所述，對(duì)比各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的重要性程度，下文以重要施工工序?yàn)榉治龉?jié)點(diǎn)，重點(diǎn)探究在各施工工序下拉索索力、塔梁溫度、塔梁應(yīng)力、主塔偏位、主梁線形的變化規(guī)律.

中砂大橋主橋上部結(jié)構(gòu)鋼主塔于2020年9月27日開(kāi)始安裝，12月20日9#和10#鋼主塔吊裝完畢，在這期間，隨著鋼主塔吊裝進(jìn)度依次安裝T1、T2、T3截面?zhèn)鞲衅?，以及P1、P2截面棱鏡.2021年1月17日開(kāi)始主梁鋼箱梁的現(xiàn)場(chǎng)懸臂吊裝，2021年3月14日主橋合龍.根據(jù)斜拉橋的施工特點(diǎn)，將施工過(guò)程細(xì)分為7個(gè)主要階段（Ⅰ-Ⅶ），26個(gè)具體施工工序，結(jié)合監(jiān)測(cè)傳感器安裝狀況，選取典型施工期2021年2月2日～4月1日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

3.1 索力

每張拉一對(duì)斜拉索（一張、二張、三張），以及每吊裝一個(gè)新梁段，對(duì)所有已經(jīng)安裝的斜拉索的索力都進(jìn)行測(cè)量，共計(jì)在19個(gè)施工工序下對(duì)斜拉索索力進(jìn)行測(cè)量.索力監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示（如圖7）：近塔端的斜拉索的索力在每次新梁段吊裝時(shí)略微增大，在對(duì)遠(yuǎn)離塔端的斜拉索進(jìn)行張拉時(shí)索力又緩慢減小，但隨著施工的進(jìn)行，總體呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢(shì).索力減少最大為近塔端邊跨第一對(duì)斜拉索（Z9-SSx1-L/R、Z10-SSx1-L/R），相較于二張后索力，最大減少量為39.61%.主橋合龍后進(jìn)行全橋索力調(diào)整，調(diào)整之后的索力與設(shè)計(jì)索力接近.

圖7 索力監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2 溫度

3.2.1 主塔溫度

主塔溫度的監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)施工期間.選取Z9-T1和Z9-T2兩個(gè)監(jiān)測(cè)截面的1、3號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖8所示.最高溫度出現(xiàn)在13時(shí)左右.主塔在順橋向及橫橋向上的溫度梯度分布基本一致，但在垂直方向上存在輕微的溫度梯度.

圖8 Z9-T1和Z9-T2截面主塔溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.2 主梁溫度

主梁溫度的監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)施工期間.選取Z9-B3截面的鋼箱梁底板2號(hào)測(cè)點(diǎn)、頂板6號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示.由于鋼材的高導(dǎo)熱性和頂板直接暴露在陽(yáng)光下，主梁頂板位置經(jīng)歷了最大的溫度變化，溫度變化最小的是位于主梁底板上的溫度計(jì).頂板和底板的橫向溫度分布基本一致，但垂直溫度梯度明顯.頂板和底板的最大溫差出現(xiàn)在14:00～15:00之間.主梁溫度與主塔溫度在時(shí)間尺度上具有周期性變化規(guī)律，即白天結(jié)構(gòu)溫度較大，晚上較小.由于太陽(yáng)輻射照射到橋梁的角度不同，鋼主塔的最高溫差比鋼箱梁的最高溫差提前了1～2 h.

圖9 Z9-B3截面主梁溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.3 應(yīng)力

隨著主梁和主塔的施工進(jìn)度，及時(shí)在相應(yīng)的監(jiān)測(cè)截面安裝表面型智能弦式應(yīng)變計(jì)，待結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定后，記錄應(yīng)變初值和此時(shí)的施工狀態(tài).用表面型智能弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)量的差值包含了溫度對(duì)結(jié)構(gòu)體變形的影響.為了能更有效地對(duì)主梁和主塔的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以2021年2月2日00：00時(shí)刻采集的應(yīng)變值為基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)各監(jiān)測(cè)截面的初始應(yīng)變值進(jìn)行修正，以后各時(shí)點(diǎn)采集的應(yīng)變值均減去該時(shí)刻的應(yīng)變值，之后通過(guò)結(jié)構(gòu)體的彈性模量便可計(jì)算出結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力.

3.3.1 主塔應(yīng)力

選取Z9-T1（1、4）和Z9-T2（1、4）兩個(gè)監(jiān)測(cè)截面的4個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖10所示.兩個(gè)監(jiān)測(cè)截面應(yīng)力的變化趨勢(shì)基本相似，但邊跨側(cè)與中跨側(cè)的應(yīng)力變化趨勢(shì)相反.當(dāng)新梁段吊裝（Ⅳ-1、Ⅴ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1）和邊跨合龍（Ⅵ-4）時(shí)候，應(yīng)力出現(xiàn)明顯變化，中跨側(cè)的變化幅度大于邊跨側(cè).

圖10 Z9-T1和Z9-T2截面主塔應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.3.2 主梁應(yīng)力

選取Z9-B3-（1、4、6）號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖11所示.底板測(cè)點(diǎn)（1-3）、頂板兩側(cè)測(cè)點(diǎn)（4、7、8）、頂板中間測(cè)點(diǎn)（5、6）分別表現(xiàn)出3種不同類型的應(yīng)力變化趨勢(shì).底板測(cè)點(diǎn)與頂板兩側(cè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化趨勢(shì)相反；頂板兩側(cè)測(cè)點(diǎn)和中間測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化趨勢(shì)有時(shí)相同，有時(shí)相反，說(shuō)明主梁在施工過(guò)程中存在受扭狀態(tài).當(dāng)新梁段吊裝（Ⅳ-1、Ⅴ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1）和張拉斜拉索（Ⅲ-2、Ⅲ-4、Ⅳ-2、Ⅳ-4、Ⅴ-2）時(shí)候，應(yīng)力變化明顯，底板的變化幅度大于頂板.

圖11 Z9-B3截面主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.4 主塔偏位

主塔偏位采用棱鏡追蹤法監(jiān)測(cè)（如圖4所示），通過(guò)在主塔上布設(shè)的棱鏡的空間位置測(cè)量并計(jì)算塔的偏位.施工期間，當(dāng)斜拉索二張結(jié)束和新梁段吊裝后，采用全站儀對(duì)主塔偏位測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量.依據(jù)規(guī)范《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT F50-2020）計(jì)算，此斜拉橋施工過(guò)程中橋塔傾斜度應(yīng)控制在21.33 mm以內(nèi).9#橋塔偏位監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖12所示，成橋階段橋塔最大偏位為11 mm，且最大傾斜度不超過(guò)30 mm，滿足設(shè)計(jì)要求.

圖12 9#主塔偏位監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.5 主梁線形

在新梁段吊裝、斜拉索張拉、混凝土配重、邊跨合龍、中跨合龍等重要施工節(jié)點(diǎn)對(duì)梁段標(biāo)高和主梁軸線進(jìn)行測(cè)量，這些數(shù)據(jù)是后續(xù)索力調(diào)整、標(biāo)高控制、合龍精度的重要參考依據(jù).主梁高程測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量示意如圖4所示.根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，該橋在成橋階段橋面實(shí)測(cè)高程與設(shè)計(jì)高程的最大偏差滿足小于15 mm的要求，主梁軸線偏位亦滿足設(shè)計(jì)要求.

4 結(jié)論

本研究旨在通過(guò)對(duì)一座鋼箱梁斜拉橋建立施工期間的BSHMS，以關(guān)鍵施工階段為分析節(jié)點(diǎn)，對(duì)主梁和主塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果表明：

（1）隨著施工進(jìn)度的推進(jìn)，近塔端斜拉索索力呈緩慢較小的趨勢(shì)，相較于二張后索力，最大減少量為39.61%，經(jīng)索力調(diào)整后成橋階段索力總體偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi).

（2）主橋塔梁的溫度、應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：鋼主塔、鋼主梁的應(yīng)力響應(yīng)與溫度具有較強(qiáng)相關(guān)性，且鋼主梁對(duì)溫度的響應(yīng)大于鋼主塔；鋼主梁截面不同測(cè)點(diǎn)隨施工工序呈現(xiàn)不同的應(yīng)力變化趨勢(shì).

（3）主橋合龍后，主梁線形、橋塔偏位滿足設(shè)計(jì)要求與控制目標(biāo).

（4）將智能傳感器和4 G無(wú)線技術(shù)融入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和傳輸環(huán)節(jié)，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)過(guò)濾、高效分析.