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      橋梁/橋墩在線監測

      2021-12-15

      作為交通系統的組成部分,橋梁在人類文明的發展和演化中起到了重要作用。我國現有公路橋5000余座,總長130萬公里,1/3以上的橋梁都存在結構性缺陷、不同程度的損傷和功能性失效的隱患。近年來,我國陸續出現了多次重大橋梁事故。這些發生的事故與很多因素有關,但是缺乏有效的監測措施和必要的維修、養護措施是重要的原因之一。傳統的橋梁檢測在很大程度上依賴于管理者和技術人員的經驗,缺乏科學系統的方法,往往對橋梁特別是大型橋梁的狀況缺乏全面的把握和了解,信息得不到及時反饋。如果對橋梁的病害估計不足,就很可能失去養護的最佳時機,加快橋梁損壞的進程,縮短橋梁的服務壽命。常用橋梁健康監測內容如下表:

      監測內容

      監測設備

      監測內容

      監測設備

      應力應變

      應變計

      橋塔位移

      北斗GNSS

      橋墩傾斜

      測斜儀

      索力

      加速度計

      沉降及撓度

      靜力水準儀

      風速風向

      風速風向儀

      振動

      振動傳感器

      溫濕度

      溫濕度計

      伸縮縫/裂縫

      裂縫計

      視頻監控

      攝像機

      1 橋墩沉降及撓度監測

      如果橋墩的沉降過大,尤其是地質條件相差較大時影響較為顯著,會導致橋面產生偏位,造成受力不均,導致橋梁的失穩。在運營期間通過監測了解橋墩穩定性;梁體撓度測量是橋梁檢測的重要組成部分,是其安全性評價的一項重要指標。橋梁的撓度與橋梁的承載能力及抵御動荷載的能力有密切關系,橋梁受到承載車輛、行人及索拉的共同作用,受力復雜,為受彎結構,故有必要對橋墩沉降和梁體撓度進行監測。橋墩沉降及撓度監測通常選用靜力水準儀。

      2 橋墩傾斜監測

      橋墩作為橋梁的承重結構,其傾斜過大將造成橋面伸縮縫擴大、支座變形等,嚴重時影響橋梁整體構件的受力形式及使用壽命。對于高墩由于墩身高,重心高等,施工精度要求較高。橋墩的傾斜在一定程度上也反映設計參數是否合理,施工工藝是否符合要求。通過對橋墩傾斜監測,反映出橋梁的健康狀態,了解橋墩的變形情況,及時預警,驗證設計參數及施工工藝是否合理。橋墩傾斜監測采用盒式固定測斜儀。

      3 橋塔位移

      橋塔作為斜拉橋的重要承重結構,主梁恒荷載、活荷載均通過對稱布置在左右兩側斜拉索傳遞到橋塔,其受力主要為豎直向下的力,并把豎向力傳遞給橋墩,橋塔也是施工中的重點工程。通過對橋塔頂點三維空間位置的變化進行監測,了解橋塔的位移情況和結構的穩定性,使受力分析更合理等,也可驗證橋梁設計及施工工藝是否合理。橋塔位移監測采用GNSS進行監測。

      4 應變監測

      橋梁結構的應力監測是通過對應變監測間接實現,主要監測橋梁結構關鍵截面的受力情況,以了解結構的長期或瞬態的受力情況。對于各橋梁監測段,受自重以及其他荷載的作用,會產生一定的應變,而應變是應力的間接反映。大橋橋面受荷載的影響大,因此對橋面有代表性斷面的應力進行監測,可以了解作為主要承力構件的受力狀態,及時診斷橋梁的病害,對橋梁結構進行疲勞分析十分必要。橋體作為主要承力結構,受力是非常重要的,必須加強應變的監測。結構應變采用表面應變計。

      5 伸縮縫及裂縫監測

      為滿足橋面變形的要求,通常在兩梁端之間、梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置上設置伸縮縫;橋梁在運營過程中,受各方面因素影響,橋梁可能出現裂縫。為了了解伸縮縫及裂縫現狀和掌握其發展情況,應進行裂縫變化的觀測,測定橋梁上裂縫分布位置,裂縫的走向、長度、寬度及其變化程度。裂縫監測采用裂縫計進行監測。

      6 索力監測

      斜拉橋所采用的施工方法和安裝順序與成橋后的主梁線形及內力狀態有密切關系,在施工階段隨著斜拉橋結構體系和荷載工況的不斷變化,結構內力和變形也隨之不斷變化。另外,主梁、索塔和拉索之間剛度相差十分懸殊,受拉索垂度、溫度變化、風力和日照影響、混凝土收縮徐變等復雜因素干擾等,使力與變形的關系十分復雜,使得設計計算和施工控制更加復雜。斜拉索的張拉及索力的大小對整個斜拉索的受力有很大的影響,因此,除了在施工過程中需對索力監測外,在運營期也需對索力進行監測。索力監測常使用振動法或者磁通量傳感器。

      7 振動監測

      橋梁動力特性參數(頻率、振型和阻尼等)和振動水平(振動強度和幅值)是橋梁整體安全的標志,橋梁材料強度的退化會引起結構振動特性的改變,例如橋梁結構剛度的降低會引起橋梁自振頻率的降低,橋梁局部振型的改變可能預示著結構局部損壞。因此對橋梁動力特性及振動水平的監測能夠起到整體上對橋梁結構健康狀態監測的目的。橋梁振動監測使用振動傳感器。

      8 環境溫濕度監測

      橋梁結構所處的氣候環境,對橋梁結構工作狀況有很大的影響,需要對橋梁工作環境進行監測。首先要監測的內容就是溫度變化,需要測量外部環境、橋梁自身的溫度值,為橋梁設計時溫度應力的計算分析提供依據,記錄在不同溫度下,橋梁變形、應力變化等工作狀態的比較和定量分析,完善和驗證橋梁設計理論。另外,需要對橋梁工作環境中的空氣濕度進行監測,因其是影響混凝土結構碳化和鋼筋腐蝕的重要因素,是對橋梁進行耐久性評價不可缺少的數據資料。環境溫濕度監測采用溫濕度傳感器。

      9 風速風向監測

      成橋后風荷載是橋梁結構的主要動力荷載之一。在風荷載作用下,橋梁的主要構梁將產生振動,引起疲勞損傷累積,導致橋梁抗力衰減,尤其是義陽大橋為斜拉索結構,斜拉索受到風力作用產生額外荷載。通過監測風速、風向,統計最大風速值,可以得出結構的風與結構響應關系,了解橋梁受風動力荷載的情況。主要為施工和運營期的監測。風速風向的監測采用風速風向儀。


      部分項目實例





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