自動監(jiān)測技術(shù)在病害板梁安全使用中的應(yīng)用

摘? 要：本文結(jié)合上海某橋擾度監(jiān)測實例，詳細(xì)說明了自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，在保證橋梁使用安全的情況下，對橋梁病害予以快速處理，解決了橋梁實時監(jiān)測的難題，從而指導(dǎo)類似橋梁梁板監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：自動監(jiān)測;擾度;非預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：U445? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

公路中、小橋多采用非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁，非預(yù)應(yīng)力空心板梁雖然可以帶縫工作，但在超載車輛、大交通流量、積水等情況影響下，裂縫發(fā)展較多、較快，鉸縫失效、橋面反復(fù)破損，造成單梁受力，梁板擾度較大或超限，甚至引起梁板斷裂，造成災(zāi)難事故。本文結(jié)合上海某橋病害板梁擾度實時監(jiān)測的問題，對非預(yù)應(yīng)力空心板病害板梁擾度實時監(jiān)測進(jìn)行交流和探討[1]。

1概況及分析

1.1 路段概況

上海市某路段共有17座大型立交，主線橋梁93座，其中特大橋5座，大橋14座，中橋33座，小橋41座，其中56座橋存在非預(yù)應(yīng)力空心板梁。

該路段開通至今已使用近十年，中、小橋多采用非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁。非預(yù)應(yīng)力空心板梁可帶縫工作，但在超載車輛、大交通流量、積水等情況影響下，裂縫發(fā)展較多，橋面反復(fù)破損、鉸縫失效，造成單梁擾度較大，甚至梁板斷裂的情況。

1.2 橋梁檢查分析

對橋梁板梁的傳統(tǒng)評估通過人工目測檢查或借助于便攜式儀器測量（如使用百分表固定于跨中落地支架或相鄰梁板上，測量梁板最大擾度或梁板間擾度差）。人工橋梁檢查分為經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查。但是人工橋梁檢查方法在實際應(yīng)用中有很大的局限性。傳統(tǒng)檢測方式的不足之處主要表現(xiàn)在：

（1）需要大量人力物力，并有諸多檢查盲點;（2）主觀性強，難于量化：經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，雖然橋梁的分析設(shè)計與施工技術(shù)已日趨完善，但對某些響應(yīng)現(xiàn)象，尤其是損傷的發(fā)展過程，尚處于經(jīng)驗積累中，因此定量化的描述是很重要的;（3）缺少整體性：人工檢查以單一構(gòu)件為對象，只能提供即時的、局部的檢測和診斷信息，而不能提供實時的監(jiān)測信息;（4）影響正常交通運行：傳統(tǒng)的人工檢測需要中斷交通或者封閉部分車道從而影響橋上車輛的行駛;（5）周期長，時效性差，在突發(fā)事件時不能向決策者提供即時信息。（6）在橋下有河流、凈空較高的復(fù)雜環(huán)境條件時，檢測尤為困難。

2擾度自動監(jiān)測方案

2.1 擾度自動監(jiān)測目標(biāo)

在以上背景下，借鑒現(xiàn)有橋梁常規(guī)定期檢測系統(tǒng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)基于橋梁病害板梁擾度實時監(jiān)測的裝置，用于梁板擾度實時監(jiān)測，是本實用新型發(fā)明實現(xiàn)的最終目的。

對病害板梁擾度自動監(jiān)測、梁板快速修復(fù)為目標(biāo)，選取北張角港橋三類橋病害板梁擾度自動監(jiān)測為課題，在不影響交通通行下，安裝自動監(jiān)測設(shè)備，開發(fā)數(shù)據(jù)收集及報警管理平臺。做到實施監(jiān)測，超值報警，快速修復(fù)，保障通行安全。

北張角港橋起點位于G15沈海高速（嘉金段）K1279+861～ K1279+861處，中心樁號為K1279+878，跨越北張角港，為三跨鋼筋混凝土簡支空心板梁橋，跨徑組合為8m+10m+8m。橋面總寬34m，分為左右兩幅，橫向布置形式為：0.5m（護欄）+15.0m（機動車道）+0.7m（護欄）+1.6m（中央分隔帶）+0.7m（護欄）+15.0m（機動車道）+0.5m（護欄）。上部結(jié)構(gòu)均采用鋼筋混凝土空心板梁，其中左右幅均為16片，板梁寬均為0.99m，梁高0.52m。支座采用球冠橡膠支座。下部結(jié)構(gòu)采用輕型橋臺，排架式鋼筋混凝土方樁橋墩，基礎(chǔ)采用預(yù)制方樁。

2.2 監(jiān)測方案簡述

本監(jiān)測方案采用橋梁板梁擾度實時監(jiān)測裝置，包括激光傳感器、可持續(xù)供電電源、3G模塊、管理平臺。利用激光傳感器測量梁板下擾所產(chǎn)生的擾度，通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至管理平臺，該管理平臺可應(yīng)用計算機或手持移動端管理，顯示梁板實時擾度，并可根據(jù)梁板擾度實時數(shù)據(jù)，依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定的評定指標(biāo)，判斷梁板病害狀況，擺脫了人工巡查不及時、無實時數(shù)據(jù)的局面，可在不影響交通通行下，快速獲得病害梁板擾度數(shù)據(jù)，以便掌控梁板病害發(fā)展[2]。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)示意圖（圖1）

2.4 監(jiān)測方案實施

2.4.1篩選病害板梁

通過巡檢篩選病害非預(yù)應(yīng)力板梁：選擇板梁裂縫已發(fā)展較多，存在裂縫滲水、析白現(xiàn)象;橋面屢次破損，鉸縫失效，可觀察到單板擾度較大。

2.4.2安裝監(jiān)測裝置

根據(jù)傳感器形狀設(shè)計，制作傳感器安裝盒、線纜固定環(huán)和底座。對于混凝土結(jié)構(gòu)則主要是采用膨脹螺栓表面安裝，使用線纜支撐系統(tǒng)（穿線孔、線纜槽支架、固定環(huán)等）來保證傳感器線纜的走線順暢、合理。傳感器安裝盒及底座采用密閉設(shè)計，完成安裝的傳感器安裝盒及底座均具有良好的防塵和防水功能。

根據(jù)測點的測量要求，選擇實際安裝的位置。選小橋其中 一跨L/2跨中位置為撓度測量控制截面，分別于縱向兩個方向分別布設(shè)一個激光傳感器，對跨中位置進(jìn)行測量。具體位置布設(shè)圖見圖2。

除了選擇合適的測量位置外，還要考慮方便以后的維護工作，控制箱選擇安裝在防撞護欄外側(cè)，并設(shè)置太陽能電池板供電。傳感器在使用前均作了穩(wěn)定性試驗，以免影響到長期觀測的精度，見圖3，圖4，圖5，圖6。

2.4.3監(jiān)測報警值設(shè)定

根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，梁式橋的上部結(jié)構(gòu)為橋梁的主要部件，不僅對安全使用至關(guān)重要，而且維修工作量和難度較大，所以上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件評定指標(biāo)的類別標(biāo)度≥3類就需要及時進(jìn)行維修。針對非預(yù)應(yīng)力簡支梁橋梁板，以跨中擾度作為重點監(jiān)測，監(jiān)測報警值根據(jù)跨中擾度5個標(biāo)度中的3、4、5標(biāo)度設(shè)置，標(biāo)度3：跨中最大擾度≤計算跨徑的1/1000;標(biāo)度4：跨中最大擾度>計算跨徑的1/1000且≤1/600;標(biāo)度5：跨中最大擾度>計算跨徑的1/600[3]。

2.4.4數(shù)據(jù)上傳管理平臺和報警

對上傳至管理平臺的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，能實現(xiàn)以下功能：

（1）能實時監(jiān)測和記錄梁板擾度數(shù)值，記錄每日擾度最大值產(chǎn)生時刻，見圖7;

（2）能分析監(jiān)測時段內(nèi)測量數(shù)值的變化，是否有超出預(yù)警值的趨勢，見圖8;

（3）超出預(yù)警值時，能通過信息報警，為搶修提供技術(shù)支持;

（4）通過管理平臺數(shù)據(jù)查詢，對梁板病害發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)分析。

2.4.5警報的應(yīng)急預(yù)案

通過自動監(jiān)測，力求橋梁病害在超限報警值時通過短信自動通知相關(guān)人員。達(dá)到標(biāo)度3時，由巡查人員立即到現(xiàn)場進(jìn)行勘察;達(dá)到標(biāo)度4，立即組織應(yīng)急搶險人員對橋梁進(jìn)行應(yīng)急搶修加固;達(dá)到標(biāo)度5，立即采取組織緊急封交措施。

2.4.6裝置應(yīng)用效果

監(jiān)測裝置在某橋梁監(jiān)測時發(fā)出標(biāo)度5報警，顯示梁板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的永久變形，梁板出現(xiàn)嚴(yán)重病害，顯著影響承載力和行車安全。趕赴自動監(jiān)測裝置報警的橋梁后，發(fā)現(xiàn)該梁板斷裂下擾約8cm，對通行車輛有重大交通安全隱患，立即組織人員封閉損壞梁板所在車道，緊急尋找可更換新梁，通過緊張施工，在48小時內(nèi)完成了緊急搶修任務(wù)，恢復(fù)了交通。

3監(jiān)測系統(tǒng)特色

本實施例應(yīng)用于某高速空心板梁橋梁板擾度監(jiān)測，該橋梁結(jié)構(gòu)自動監(jiān)測裝置，是一個以橋梁結(jié)構(gòu)為平臺，應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、綜合報警、信息網(wǎng)絡(luò)分析處理各功能為一體的監(jiān)測系統(tǒng)。在使用該監(jiān)測裝置情況下，事實證明效果很好，且可反復(fù)使用。

4結(jié)語

以上詳細(xì)描述了本監(jiān)測方案的較佳具體實例，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)需要作出諸多修改和變化。因此，本監(jiān)測方案，消除了潛在的不安全因素。本監(jiān)測方案比人工檢查等其他檢查方式，具有創(chuàng)新的工法和經(jīng)濟的造價，同時保證了橋梁的安全，為以后在類似橋梁檢查中，積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉肖偉，張小明，倪一清，等.基于機器視覺技術(shù)的橋梁擾度測試方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報，工學(xué)社，2014，48（05）：813-819

[2] 韓基剛.淺析橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)的控制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（11）：248.

[3] 陳淑芳.淺談橋梁養(yǎng)護與維修的信息化管理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（11）：162.

收稿日期：2020-01-21

作者簡介：黃海濤（1975—），男，上海人，本科，工程師，研究方向：工程管理。