公路橋梁健康監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

程 詠 春

(中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100010)

1 公路橋梁目前的問題和挑戰(zhàn)

由于工程建設(shè)中，材料缺陷及設(shè)計(jì)或者施工等因素的影響，如何進(jìn)行科學(xué)合理的工程鑒定是一個需要優(yōu)化的問題。工程建設(shè)項(xiàng)目不像汽車零件那樣可以進(jìn)行單個試件的破壞來確定質(zhì)量是否合格，所以通過非破壞性試驗(yàn)檢測技術(shù)對工程領(lǐng)域來說是一個相對較為可實(shí)現(xiàn)的操作方式[1]。通過這種方式，可以評價出工程質(zhì)量是否有缺陷，同時還是工程質(zhì)量管理的組成部分。其重要性主要體現(xiàn)在[2]：對新技術(shù)的推廣應(yīng)用具有一定的價值，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，保證計(jì)劃的可行性；通過對工程當(dāng)?shù)氐牟牧线M(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)手段，驗(yàn)證現(xiàn)場的工程材料是否可以直接應(yīng)用于當(dāng)?shù)仨?xiàng)目；通過試驗(yàn)檢測也可以對工程質(zhì)量的評定起到一定的驗(yàn)證作用。

不過目前路橋試驗(yàn)檢測也存在一些難題[3,4]：查驗(yàn)的樣品和實(shí)際工程中的試件材料不能保證一致，如此查驗(yàn)的結(jié)果對工程就失去指導(dǎo)意義；監(jiān)理工作實(shí)施不到位，不少施工單位為節(jié)省開支，偷工減料，但現(xiàn)場監(jiān)理由于存在形式主義，沒有發(fā)揮應(yīng)有的監(jiān)管作用；抽查的樣品結(jié)果送檢晚，施工工序的進(jìn)行往往在結(jié)果出來之前就已經(jīng)進(jìn)入下一步，使得試驗(yàn)檢驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)工程中起不到實(shí)質(zhì)作用。

2 公路橋梁監(jiān)測解決方案

對于公路橋梁，國內(nèi)外橋梁安全事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明：當(dāng)橋梁使用10年～20年時，其設(shè)計(jì)及施工時的缺陷大部分會暴露出來，同時公路橋梁的安全問題也因長期運(yùn)營而累積的疲勞和損傷開始凸顯，此時易發(fā)生安全事故。該情況下，可對需要長期監(jiān)測的公路橋梁進(jìn)行自動化監(jiān)測。自動化監(jiān)測的優(yōu)勢見表1。在此需要說明的是，要進(jìn)行自動化監(jiān)測，除了相應(yīng)的傳感器外，自動化監(jiān)測系統(tǒng)也是很重要的一環(huán)。要實(shí)現(xiàn)公路橋梁項(xiàng)目的全壽命周期監(jiān)測，就要求監(jiān)測系統(tǒng)能同時滿足施工期和運(yùn)營期的要求，并且可根據(jù)不同傳感器的數(shù)據(jù)情況予以及時遠(yuǎn)程接收，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理和分析。

表1 自動化監(jiān)測優(yōu)勢

知物云監(jiān)測系統(tǒng)是目前國內(nèi)自動化監(jiān)測領(lǐng)域相對功能較為齊全的監(jiān)測平臺，其具備界面友好性、功能開發(fā)性、權(quán)限完善性等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多個結(jié)構(gòu)物在同一個平臺上同時監(jiān)測的效果，并且跟市場上各種信號的傳感器形成了無縫對接，從而實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目的統(tǒng)一管理，使得海量數(shù)據(jù)的分析、評估等工作更加高效便捷。平臺功能有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)異常告警、定時報表生成、數(shù)據(jù)分析對比、數(shù)據(jù)預(yù)測等，尤其是平臺融入了AI技術(shù)和BIM模型的對接，適合公路橋梁監(jiān)測項(xiàng)目的應(yīng)用。

3 監(jiān)測實(shí)例

清江大橋主橋采用單跨雙鉸鋼桁架懸索橋方案，孔跨布置為2×25 m(T梁)+420 m(單跨雙鉸懸索橋)+3×25 m(T梁)。橋梁起點(diǎn)樁號 K17+396.000，橋梁終點(diǎn)樁號K17+957.000，橋梁全長 561 m，橋梁凈寬：1.5 m(人行道)+8 m(車行道)+1.5 m(人行道)，見圖1。

溫度的變化及跨度的不同會對基準(zhǔn)索股的線形產(chǎn)生影響，監(jiān)控計(jì)算應(yīng)給出各種溫度下和跨度變化下的線形控制表或經(jīng)檢驗(yàn)的公式或計(jì)算程序供施工單位使用。

對索塔的應(yīng)力監(jiān)測可以掌握應(yīng)力狀態(tài)；同時對索塔的橫向偏位進(jìn)行線形測量，主要以觀測為主，掌握其變化規(guī)律；索塔完成后，選擇具有典型代表意義的天氣，對索塔塔頂位移進(jìn)行24 h連續(xù)觀測。

另外，需要對索塔進(jìn)行靜態(tài)變形監(jiān)測。索塔變形測量包括觀測的時間、空氣溫度、索塔陰陽面混凝土表面的溫度和索塔在順橫橋向方向的位移量，而且必須連續(xù)觀測24 h以上，從而獲取索塔變形量隨時間和溫度變化的數(shù)學(xué)模型，最后根據(jù)這一數(shù)學(xué)模型，推求任一時間的變形量，以掌握其變形的規(guī)律，如圖2，圖3所示。

隨著橋面一、二恒的逐步加載，荷載量越來越大，橋塔受到的水平力逐步增大，因此在進(jìn)行整個上部結(jié)構(gòu)施工過程中，均應(yīng)進(jìn)行索塔底部應(yīng)力監(jiān)測，作為塔頂頂推的控制參數(shù)之一。索塔位移監(jiān)測與索塔應(yīng)力監(jiān)測，是確定現(xiàn)場主索鞍頂推的關(guān)鍵性指標(biāo)之一，因此在桁架梁吊裝過程需持續(xù)監(jiān)測索塔頂部位移。利用知物云在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測的應(yīng)變、溫度、位移結(jié)果見圖4～圖6。

從監(jiān)測結(jié)果看，選取兩個測點(diǎn)的應(yīng)變結(jié)果(如圖4所示)進(jìn)行查看，應(yīng)變的波動范圍基本處于100 με范圍內(nèi)，說明索塔的應(yīng)變變化較為平緩，測點(diǎn)無明顯受力突變。溫度監(jiān)測結(jié)果(如圖5所示)說明內(nèi)外溫度變化趨勢基本一致，測點(diǎn)外溫度高于測點(diǎn)內(nèi)溫度，符合實(shí)際。索塔的位移變化(如圖6所示)基本處于穩(wěn)定的范圍內(nèi)，通過變形結(jié)果判斷結(jié)構(gòu)安全。

4 結(jié)語

公路橋梁質(zhì)量事關(guān)交通安全和人民的生命安全，環(huán)境、施工過程、人為因素等會對橋梁的工作狀態(tài)和使用壽命產(chǎn)生影響，尤其是近年來新材料、新技術(shù)、新工藝和新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，提高了橋梁的承載能力，但理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)構(gòu)受力特性存在差異，因此通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)對其每個階段進(jìn)行實(shí)施自動化監(jiān)測分析，尤其是施工階段，利用客觀準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)來評判橋梁是否處于安全狀態(tài)，可以極大提高工程效率，監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的結(jié)果對比，隨時調(diào)整施工進(jìn)展，保證結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)匹配或接近，并在異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)時，及時發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)處理，為交通運(yùn)輸和人員安全提供極大的便利。