李紅軍

(安徽省公路工程檢測(cè)中心,安徽 合肥 230022)

亳州市渦河人民大橋健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)研究

李紅軍

(安徽省公路工程檢測(cè)中心,安徽 合肥 230022)

在橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)較多，為節(jié)省經(jīng)濟(jì)、監(jiān)測(cè)合理、數(shù)據(jù)有效，對(duì)橋梁關(guān)鍵指標(biāo)的選取尤為重要。以亳州市渦河人民大橋?yàn)楸尘?重點(diǎn)對(duì)健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)在橋梁監(jiān)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo)選取進(jìn)行研究。

健康監(jiān)測(cè)；關(guān)鍵指標(biāo)；監(jiān)測(cè)參數(shù)；數(shù)據(jù)有效

0 引 言

我國(guó)橋梁至今已達(dá)70多萬(wàn)座，目前橋梁運(yùn)營(yíng)安全問題日趨嚴(yán)峻，交通運(yùn)輸部于2007年印發(fā)關(guān)于《公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作制度》的通知，并于2013年發(fā)布《交通運(yùn)輸部關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的若干意見》，針對(duì)安徽省公路密度超出全國(guó)一倍，公路網(wǎng)級(jí)橋梁達(dá)3萬(wàn)多座的建設(shè)現(xiàn)狀，對(duì)運(yùn)營(yíng)橋梁的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握橋梁運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)現(xiàn)早期病害，提高檢修維護(hù)效率，是橋梁運(yùn)營(yíng)安全的重要技術(shù)保障[1-2]。

當(dāng)前的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多是針對(duì)特大橋(如斜拉橋、懸索橋)而實(shí)施的，如蕪湖長(zhǎng)江大橋、馬鞍山長(zhǎng)江大橋，均建立了一套完整的以環(huán)境監(jiān)測(cè)、橋梁結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)為主體的綜合性大型橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[2-4]。對(duì)于加固后橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警則顯得尤為重要，通過安裝健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來獲取橋梁的實(shí)際結(jié)構(gòu)信息、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)等指標(biāo)，從而確保運(yùn)營(yíng)安全。

亳州市渦河人民大橋(圖1)為雙幅8跨普通鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋，跨徑組合均為8×22.2 m。按橋梁所處方位，該橋分為東幅橋和西幅橋。T梁高為1.35 m，頂寬為1.58 m，腹板寬為0.18 m。下部結(jié)構(gòu)均為雙柱式橋墩，樁基礎(chǔ)。該橋經(jīng)過加固處理后，為監(jiān)測(cè)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，建立了橋梁實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了加固處理后的橋梁健康監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵指標(biāo)選取、監(jiān)測(cè)具體參數(shù)。

圖1 亳州市渦河人民大橋

1 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

通過技術(shù)手段監(jiān)測(cè)橋梁部分關(guān)鍵參數(shù),獲得關(guān)鍵參數(shù)的工作特征,并預(yù)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為橋梁管理養(yǎng)護(hù)提出調(diào)整、維修或加固建議。

總體來看，本橋運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)完成以下任務(wù)：① 橋梁特征監(jiān)測(cè)：對(duì)橋梁的動(dòng)態(tài)特征(如振動(dòng)模態(tài)、模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比等)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。② 橋梁響應(yīng)監(jiān)測(cè)：對(duì)大橋運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握大橋的實(shí)際受力狀態(tài)和使用工作狀況，預(yù)報(bào)可能存在的隱患或性能退化；對(duì)大橋的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，掌握其動(dòng)力性能，判斷是否存在對(duì)大橋有害的振動(dòng)。③ 根據(jù)所獲得的信息，對(duì)大橋進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。④ 在系統(tǒng)投入使用初期，重點(diǎn)結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的信息，建立起精確可靠的預(yù)測(cè)模式，為長(zhǎng)期穩(wěn)定的檢查維護(hù)計(jì)劃制定做準(zhǔn)備[5-8]。

1.1 關(guān)鍵指標(biāo)選取

運(yùn)營(yíng)期橋梁監(jiān)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo)的提取，需要結(jié)合大橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和危險(xiǎn)性分析、環(huán)境特點(diǎn)、使用需求等多方面，考慮監(jiān)測(cè)部位、構(gòu)件的全面性、代表性、重要性等進(jìn)行綜合分析以及根據(jù)該橋的特點(diǎn)以及管養(yǎng)單位的需要確定[9-10]。

(1) 因該橋凈空較低且通航，為了監(jiān)測(cè)船舶對(duì)橋梁的刮擦、碰撞等影響程度，對(duì)橋梁各墩柱傾斜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(2) 根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果，對(duì)該橋病害較嚴(yán)重的橋跨關(guān)鍵部位，進(jìn)行撓度參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(3) 因該橋上部結(jié)構(gòu)均為簡(jiǎn)支T梁，對(duì)該橋選取4跨進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)監(jiān)測(cè)，其中4跨包含病害較多和一般情況的橋跨。

1.2 主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

針對(duì)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，分別布設(shè)相應(yīng)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及相應(yīng)的傳感器見表1，本方案設(shè)計(jì)的各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置情況見施工圖2，各傳感器采樣數(shù)據(jù)量見表2所列。

表1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及傳感器一覽表

表2 運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)量預(yù)算表

圖2 亳州市渦河人民大橋健康監(jiān)測(cè)設(shè)備布置圖

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

(1) 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的安裝以及調(diào)試，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)、校準(zhǔn)(橋梁動(dòng)、靜載試驗(yàn))，確定傳感器布設(shè)的正確及數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確。

(2) 對(duì)數(shù)據(jù)采集、接口規(guī)則、傳輸、Internet網(wǎng)絡(luò)的組建，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)及Web發(fā)布整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。確保平臺(tái)展現(xiàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)一致及系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(3) 通過荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警值預(yù)設(shè)，對(duì)橋梁異常荷載或突發(fā)的隱患進(jìn)及時(shí)報(bào)警，保證橋梁及時(shí)管養(yǎng)，科學(xué)決策。

通過長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，獲得了大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)穩(wěn)定且可靠，為橋梁安全狀況評(píng)估提供依據(jù)。加速度與撓度數(shù)據(jù)時(shí)程曲線如圖3、圖4所示。

圖3 橋梁撓度時(shí)程曲線

圖4 橋梁加速度時(shí)程曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)該橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，為橋梁正常運(yùn)營(yíng)起到保駕護(hù)航的作用。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間以后，發(fā)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)及時(shí)、有效，滿足設(shè)計(jì)要求，能充分反應(yīng)橋梁的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征信息。

結(jié)合本橋案例，開發(fā)橋梁網(wǎng)級(jí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尤為必要，適時(shí)掌握各區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)大橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況，為橋梁智能管理、科學(xué)決策將起到重要作用。

[1] 唐旋來，汪秉文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在橋梁健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011(1):174～177.

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2016-11-24；修改日期：2016-11-28

李紅軍(1982-)，男，安徽宿州人，安徽省公路工程檢測(cè)中心工程師．

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1673-5781(2016)06-0849-02