城市立交橋梁安全監(jiān)測應用研究

黎 兆 豐

(廣州市交通設計研究院有限公司，廣東 廣州 511430)

1 工程背景

某立交橋是連接廣州與佛山的主要通道，已運營20多年。主梁曲梁段部分段出現(xiàn)了嚴重的橫向偏移，墩柱底部出現(xiàn)了環(huán)向裂縫。

2 監(jiān)測目的與內(nèi)容

2.1 監(jiān)測目的

經(jīng)現(xiàn)場檢查分析發(fā)現(xiàn)，橋梁下部結(jié)構(gòu)密集出現(xiàn)裂縫，經(jīng)分析可能由于主梁曲線段墩柱長期在溫度應力與動荷載離心力的作用下，而使構(gòu)件達到破壞狀態(tài)。

在部分已出現(xiàn)問題的橋梁構(gòu)件上安裝監(jiān)測設備，監(jiān)測構(gòu)件在運營期間的狀態(tài)情況。一方面，通過監(jiān)測，實時了解結(jié)構(gòu)的狀況，為橋梁可能出現(xiàn)的不安全狀態(tài)提供預警；另一方面，通過數(shù)據(jù)，分析問題產(chǎn)生的原因，為橋梁加固或拆除提供有效的依據(jù)。

2.2 監(jiān)測內(nèi)容

建立監(jiān)測系統(tǒng)，利用設備對主橋曲線段梁體橫向偏移區(qū)域(1號～3號墩)的墩柱進行監(jiān)測。

針對橋梁構(gòu)件出現(xiàn)的不同問題，采取不同的監(jiān)測方式。對于裂縫的測量，采用應變計測量。對于變形，采用傾角傳感器與位變計分別測量墩柱的傾斜變化、主梁與橋墩間的相對位移變化。

3 監(jiān)測方案

橋梁監(jiān)測系統(tǒng)由軟件及硬件組成?，F(xiàn)場由傳感器和采集模塊獲得實時數(shù)據(jù)，然后通過信號電纜傳輸至現(xiàn)場采集儀器，再利用4G通信模塊通過遠程無線方式發(fā)送至云平臺。云平臺上搭設數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，計算機可以通過網(wǎng)絡獲取相應數(shù)據(jù)。

3.1 裂縫監(jiān)測

對橋曲線段梁體橫向偏移區(qū)域的1號～3號墩柱底部，采用振弦式應變計進行裂縫監(jiān)測，每根柱子布置1個，共6個。應變計與裂縫方向垂直。

3.2 幾何監(jiān)測

通過位變計測量梁與墩柱的變位情況，在1號～3號墩墩頂布置6個測點。

通過傾角隨時間變化曲線分析墩柱變位情況，在梁體布置2個傾角測點，在墩頂(1號～3號墩)布置6個傾角測點。

以1號軸為例，布置位置如圖1所示。具體布置位置及測點設備見表1。

表1 監(jiān)測設備布置表

4 監(jiān)測控制成果

4.1 溫度監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測期間，橋梁結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。結(jié)構(gòu)溫度變化符合當?shù)貧夂驕囟茸兓?/p>

4.2 位移監(jiān)測結(jié)果

墩梁相對位移監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。可以看出，在監(jiān)測期間，位移計變化情況基本一致；同時，結(jié)合溫度監(jiān)測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，位移變化與溫度變化有明顯的關(guān)系，隨著溫度的下降，主梁向曲線內(nèi)側(cè)進行偏移；而隨著溫度上升，主梁內(nèi)側(cè)偏移量減小，逐漸恢復至原狀；而隨著溫度逐漸上升，主梁有往外側(cè)偏移的趨勢。

4.3 裂縫寬度監(jiān)測結(jié)果

裂縫寬度監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。可以看出，在監(jiān)測期間，應變計變化情況基本一致，裂縫寬度變化與溫度變化有關(guān)系，一方面隨著溫度的下降，主梁往內(nèi)側(cè)偏移，墩柱墩頂往內(nèi)側(cè)偏移，墩柱下部裂縫在內(nèi)側(cè)部位閉合；另一方面，溫度下降，混凝土收縮也導致裂縫閉合。

由圖4可看出，部分裂縫由監(jiān)測初始狀態(tài)變化至-0.2 mm，由此可知，構(gòu)件從完整狀態(tài)到開裂狀態(tài)，裂縫擴展、閉合，周而復始，從而導致墩柱下部嚴重破壞。

4.4 墩柱傾角監(jiān)測結(jié)果

墩柱傾角監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。可以看出，在監(jiān)測期間，傾角變化情況基本一致，傾角變化與溫度變化有關(guān)系，隨著溫度的下降，墩頂往內(nèi)側(cè)傾斜；而隨著溫度上升，墩頂逐漸恢復至原狀。傾角變化情況受溫度影響大，可看出，墩柱受到主梁的偏移而傾斜，隨主梁的恢復而恢復；墩柱下部在此種狀態(tài)下而造成破壞。

5 結(jié)語

本文以某座運營多年的城市立交橋為背景，在部分已出現(xiàn)問題的橋梁構(gòu)件上安裝監(jiān)測儀器，監(jiān)測問題構(gòu)件在立交橋梁運營期間的狀態(tài)情況。通過監(jiān)測，可得出以下結(jié)論：

1)由于進行監(jiān)測時，當?shù)靥鞖膺_到較高的溫度，而監(jiān)測的構(gòu)件也已有一定程度的破壞和變形，因此，監(jiān)測初始狀態(tài)并不是橋梁最原始的狀態(tài)，監(jiān)測結(jié)果不能完全真實顯示橋梁構(gòu)件的破壞程度，但仍能反映出結(jié)構(gòu)受破壞的狀態(tài)及變化，達到監(jiān)測的目的。

2)橋梁結(jié)構(gòu)會受到溫度影響，而且造成的影響不能忽視。由于溫度的下降，本文中橋梁彎曲段部分，主梁往內(nèi)側(cè)偏移，墩柱往內(nèi)側(cè)傾斜，而溫度上升，構(gòu)件恢復；周而復始的溫度變化，致使構(gòu)件破壞。

3)在橋梁進行設計時，應該充分考慮溫度效應的影響，尤其針對寬度較大的混凝土梁橋，除了要進行結(jié)構(gòu)承載能力中溫度效應的驗算，還要考慮溫度對橋梁變形的影響。