摘? 要：本文結(jié)合上海某橋擾度監(jiān)測(cè)實(shí)例，詳細(xì)說(shuō)明了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，在保證橋梁使用安全的情況下，對(duì)橋梁病害予以快速處理，解決了橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題，從而指導(dǎo)類(lèi)似橋梁梁板監(jiān)測(cè)。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：U445? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：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(chē)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，對(duì)非預(yù)應(yīng)力空心板病害板梁擾度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(xiàn)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(kāi)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(chē)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(duì)橋梁板梁的傳統(tǒng)評(píng)估通過(guò)人工目測(cè)檢查或借助于便攜式儀器測(cè)量（如使用百分表固定于跨中落地支架或相鄰梁板上，測(cè)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(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。傳統(tǒng)檢測(cè)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(diǎn);（2）主觀(guān)性強(qiáng)，難于量化：經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，雖然橋梁的分析設(shè)計(jì)與施工技術(shù)已日趨完善，但對(duì)某些響應(yīng)現(xiàn)象，尤其是損傷的發(fā)展過(guò)程，尚處于經(jīng)驗(yàn)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(duì)象，只能提供即時(shí)的、局部的檢測(cè)和診斷信息，而不能提供實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)信息;（4）影響正常交通運(yùn)行：傳統(tǒng)的人工檢測(cè)需要中斷交通或者封閉部分車(chē)道從而影響橋上車(chē)輛的行駛;（5）周期長(zhǎng)，時(shí)效性差，在突發(fā)事件時(shí)不能向決策者提供即時(shí)信息。（6）在橋下有河流、凈空較高的復(fù)雜環(huán)境條件時(shí)，檢測(cè)尤為困難。

2擾度自動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

2.1 擾度自動(dòng)監(jiān)測(cè)目標(biāo)

在以上背景下，借鑒現(xiàn)有橋梁常規(guī)定期檢測(cè)系統(tǒng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)基于橋梁病害板梁擾度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，用于梁板擾度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是本實(shí)用新型發(fā)明實(shí)現(xiàn)的最終目的。

對(duì)病害板梁擾度自動(dòng)監(jiān)測(cè)、梁板快速修復(fù)為目標(biāo)，選取北張角港橋三類(lèi)橋病害板梁擾度自動(dòng)監(jiān)測(cè)為課題，在不影響交通通行下，安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)收集及報(bào)警管理平臺(tái)。做到實(shí)施監(jiān)測(cè)，超值報(bào)警，快速修復(fù)，保障通行安全。

北張角港橋起點(diǎn)位于G15沈海高速（嘉金段）K1279+861～ K1279+861處，中心樁號(hào)為K1279+878，跨越北張角港，為三跨鋼筋混凝土簡(jiǎn)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(hù)欄）+15.0m（機(jī)動(dòng)車(chē)道）+0.7m（護(hù)欄）+1.6m（中央分隔帶）+0.7m（護(hù)欄）+15.0m（機(jī)動(dòng)車(chē)道）+0.5m（護(hù)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(tái)，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(cè)方案簡(jiǎn)述

本監(jiān)測(cè)方案采用橋梁板梁擾度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括激光傳感器、可持續(xù)供電電源、3G模塊、管理平臺(tái)。利用激光傳感器測(cè)量梁板下擾所產(chǎn)生的擾度，通過(guò)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至管理平臺(tái)，該管理平臺(tái)可應(yīng)用計(jì)算機(jī)或手持移動(dòng)端管理，顯示梁板實(shí)時(shí)擾度，并可根據(jù)梁板擾度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定的評(píng)定指標(biāo)，判斷梁板病害狀況，擺脫了人工巡查不及時(shí)、無(wú)實(shí)時(shí)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(cè)系統(tǒng)示意圖（圖1）

2.4 監(jiān)測(cè)方案實(shí)施

2.4.1篩選病害板梁

通過(guò)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(guān)察到單板擾度較大。

2.4.2安裝監(jiān)測(cè)裝置

根據(jù)傳感器形狀設(shè)計(jì)，制作傳感器安裝盒、線(xiàn)纜固定環(huán)和底座。對(duì)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(xiàn)纜支撐系統(tǒng)（穿線(xiàn)孔、線(xiàn)纜槽支架、固定環(huán)等）來(lái)保證傳感器線(xiàn)纜的走線(xiàn)順暢、合理。傳感器安裝盒及底座采用密閉設(shè)計(jì)，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(cè)點(diǎn)的測(cè)量要求，選擇實(shí)際安裝的位置。選小橋其中 一跨L/2跨中位置為撓度測(cè)量控制截面，分別于縱向兩個(gè)方向分別布設(shè)一個(gè)激光傳感器，對(duì)跨中位置進(jìn)行測(cè)量。具體位置布設(shè)圖見(jiàn)圖2。

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

2.4.3監(jiān)測(cè)報(bào)警值設(shè)定

根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(duì)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(píng)定指標(biāo)的類(lèi)別標(biāo)度≥3類(lèi)就需要及時(shí)進(jìn)行維修。針對(duì)非預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋梁板，以跨中擾度作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)報(bào)警值根據(jù)跨中擾度5個(gè)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(jì)算跨徑的1/1000;標(biāo)度4：跨中最大擾度>計(jì)算跨徑的1/1000且≤1/600;標(biāo)度5：跨中最大擾度>計(jì)算跨徑的1/600[3]。

2.4.4數(shù)據(jù)上傳管理平臺(tái)和報(bào)警

對(duì)上傳至管理平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，能實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄梁板擾度數(shù)值，記錄每日擾度最大值產(chǎn)生時(shí)刻，見(jiàn)圖7;

（2）能分析監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)測(cè)量數(shù)值的變化，是否有超出預(yù)警值的趨勢(shì)，見(jiàn)圖8;

（3）超出預(yù)警值時(shí)，能通過(guò)信息報(bào)警，為搶修提供技術(shù)支持;

（4）通過(guò)管理平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢(xún)，對(duì)梁板病害發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)分析。

2.4.5警報(bào)的應(yīng)急預(yù)案

通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，力求橋梁病害在超限報(bào)警值時(shí)通過(guò)短信自動(dòng)通知相關(guān)人員。達(dá)到標(biāo)度3時(shí)，由巡查人員立即到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察;達(dá)到標(biāo)度4，立即組織應(yīng)急搶險(xiǎn)人員對(duì)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(cè)裝置在某橋梁監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)出標(biāo)度5報(bào)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(chē)安全。趕赴自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警的橋梁后，發(fā)現(xiàn)該梁板斷裂下擾約8cm，對(duì)通行車(chē)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(chē)道，緊急尋找可更換新梁，通過(guò)緊張施工，在48小時(shí)內(nèi)完成了緊急搶修任務(wù)，恢復(fù)了交通。

3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特色

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

4結(jié)語(yǔ)

以上詳細(xì)描述了本監(jiān)測(cè)方案的較佳具體實(shí)例，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)需要作出諸多修改和變化。因此，本監(jiān)測(cè)方案，消除了潛在的不安全因素。本監(jiān)測(cè)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(jì)的造價(jià)，同時(shí)保證了橋梁的安全，為以后在類(lèi)似橋梁檢查中，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 韓基剛.淺析橋梁健康監(jiān)測(cè)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(hù)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(jiǎn)介：黃海濤（1975—），男，上海人，本科，工程師，研究方向：工程管理。