李喬喬
(廣東交科檢測(cè)有限公司,廣州 510550)
在大跨徑橋梁長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中,撓度監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)主要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容,對(duì)撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè),可以及時(shí)了解結(jié)構(gòu)營(yíng)運(yùn)的工作狀態(tài),指導(dǎo)日常管理養(yǎng)護(hù)。大跨徑連續(xù)梁梁體裂縫的出現(xiàn)及預(yù)應(yīng)力的損失會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度下降,進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)下?lián)?;同時(shí)開裂下?lián)嫌謺?huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的損失而使得開裂情況進(jìn)一步加劇,形成惡性循環(huán)。因此,對(duì)大跨徑橋梁的梁體進(jìn)行撓度監(jiān)測(cè),及時(shí)了解橋梁的營(yíng)運(yùn)工作狀態(tài),十分必要。
常規(guī)的對(duì)大跨徑橋梁進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的方法有:水準(zhǔn)測(cè)量、全站儀三角高程測(cè)量等。目前,一些新的撓度測(cè)量方法,如GPS法、雷達(dá)法、圖像法、連通管法等逐漸在一些橋梁監(jiān)測(cè)中得到嘗試和應(yīng)用,取得了一些進(jìn)展。本文以基于壓力傳感器的封閉式連通管法在樂廣高速公路白土北江特大橋上長(zhǎng)期撓度監(jiān)測(cè)為例,分析該方法的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)采用常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量的方法來對(duì)該橋進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),用常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量的方法與封閉式連通管法的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的變化趨勢(shì)作對(duì)比分析。
白土北江特大橋是樂廣高速公路上一座跨越北江主航道、通航等級(jí)為III級(jí)的特大橋。橋跨布置為42×25m(先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁)+15×30m(先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁)+(100m+180m+100m)(連續(xù)剛構(gòu))+13×30m(先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁),橋梁全長(zhǎng)2276.8m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用(100m+180m+100m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),箱梁0號(hào)塊長(zhǎng)12m,每個(gè)懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為24個(gè)節(jié)段。主墩墩身采用雙肢等截面圓端形實(shí)心薄壁墩。橫橋向?yàn)闇p少阻水面積,端部采用圓弧形,墩身設(shè)D500H橡膠護(hù)弦。主墩承臺(tái)厚4m,左、右幅橋的承臺(tái)連成整體。基礎(chǔ)采用直徑為2.4m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ),每墩共14根樁。主橋、引橋間的過渡墩墩身采用等截面矩形實(shí)心薄壁墩,承臺(tái)厚3.0m,基礎(chǔ)為雙排4根直徑為1.8m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。
封閉式連通管撓度測(cè)量系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。測(cè)量的基本過程是:布設(shè)與梁體位移協(xié)調(diào)的連通管道,根據(jù)測(cè)管液位與橋梁撓度之間的物理關(guān)系,換算得到測(cè)點(diǎn)的撓度。封閉式測(cè)管布置,在全橋立局部水壓力場(chǎng),在每個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)布置壓力傳感器,監(jiān)測(cè)壓力變化,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換,根據(jù)壓力場(chǎng)與結(jié)構(gòu)撓度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,得到結(jié)構(gòu)的撓度變化。t時(shí)刻測(cè)點(diǎn)i變形變化量δi(t):
δi(t)=Hi(t)-Hi(t0)=
式中:Hi(t)為t時(shí)刻測(cè)點(diǎn)i與基準(zhǔn)點(diǎn)的高差,在封閉式連通管系統(tǒng)中由H=P/ρg計(jì)算而來。與t0時(shí)刻Hi(t0)的差值就是測(cè)點(diǎn)i相對(duì)初始時(shí)刻的變形變化量。
常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量的原理是利用水準(zhǔn)儀提供的“水平視線”,測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的高差,從而由已知高程推算出未知點(diǎn)高程。通過每次測(cè)量的高程值計(jì)算相應(yīng)的撓度值,經(jīng)過不同時(shí)期多次測(cè)量的撓度值相比對(duì),確定橋梁撓度的變化趨勢(shì)。撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的撓度計(jì)算公式如下:
式中:fc-撓度(m);ΔSBC-B、C的沉降差(m);ΔSAB-A、B的沉降差(m);L1-B、C間的水平距離(m);L2-A、C間的水平距離(m)。
圖2 撓度計(jì)算示意圖
基于壓力傳感器的封閉式連通管撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在(100m+180m+100m)主橋的各孔關(guān)鍵截面上,主孔按L/4布設(shè),邊孔按L/2布設(shè),在左、右幅共計(jì)布置18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),位置位于路肩正下方腹板上。壓力傳感器采用美國(guó)羅斯蒙特高精度壓力變送器,系統(tǒng)測(cè)量精度為1mm。其布置如圖3所示。
圖3 白土北江特大橋主橋連通管監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置
監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè):在橋面主跨按1/8截面布設(shè)撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn),邊跨按1/4截面布設(shè),主墩墩頂及過渡墩墩頂每截面布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。沿左右幅緊急停車帶及中央分隔帶兩側(cè)布設(shè)4條測(cè)線共計(jì)68個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。
圖4 白土北江特大橋撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置
連通管撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻率為50HZ/通道,從2019年3月至2020年3月監(jiān)測(cè)近一年的時(shí)間。監(jiān)測(cè)期內(nèi)的溫度變化如圖5所示。
圖5 監(jiān)測(cè)溫度變化時(shí)程圖
從圖6~圖10可以看出,變化最大的主跨跨中截面L-4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期變化浮動(dòng)在25mm以內(nèi),單日溫度對(duì)橋梁撓度值的影響可達(dá)10mm。邊跨跨中截面L-2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期變化浮動(dòng)在±5mm以內(nèi),墩頂測(cè)點(diǎn)L-1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期變化值在±5mm以內(nèi)。
圖6 L-1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)撓度變化時(shí)程圖
圖7 L-2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)撓度變化時(shí)程圖
圖8 L-4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)撓度變化時(shí)程圖
圖9 典型單日溫度效應(yīng)撓度變化曲線
圖10 左幅59#跨主跨跨中豎向變形圖(L-4#測(cè)點(diǎn))單日變化曲線
溫度荷載是影響橋梁變形的重要因素。 從圖6~圖10可以發(fā)現(xiàn),撓度變化與溫度有較大的相關(guān)性,邊跨的撓度數(shù)據(jù)尤其明顯。
總體而言,主跨跨中截面撓度隨溫度升高和降低呈上拱和下?lián)系淖兓?,邊跨跨中截面隨主跨跨中截面上拱或下?lián)隙猩倭康南聯(lián)匣蛏瞎啊?/p>
常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量從2015年11月開始布點(diǎn)監(jiān)測(cè),按照2期/年的頻率監(jiān)測(cè),至2019年9月共計(jì)監(jiān)測(cè)9期。各期溫度變化如圖11所示,撓度監(jiān)測(cè)曲線及主孔跨中撓度變化時(shí)程曲線如圖12~圖13所示。
圖12 右幅緊急停車帶一側(cè)撓度曲線
圖13 主孔跨中撓度變化時(shí)程曲線
從圖11~圖13可以看出,該橋主孔跨中撓度隨著時(shí)間及溫度變化有少量上拱及下?lián)稀?/p>
總體而言,主跨跨中截面有少量下?lián)?,但相?duì)于180m主跨跨徑來看,總體下?lián)狭恐挡淮蟆?/p>
(1)溫度變化是影響橋梁撓度變形的重要因素。溫度升高時(shí),跨中會(huì)上拱;溫度降低時(shí),跨中會(huì)下?lián)稀?/p>
(2)基于壓力傳感器的封閉式連通管撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)規(guī)模較大,總功率達(dá)到幾十瓦,采用太陽(yáng)能供電的方案難以實(shí)現(xiàn),因此,需采用交流電供電,但一般高速公路大跨徑橋梁在遠(yuǎn)離居住區(qū)的位置,故該系統(tǒng)的供電問題需采取相應(yīng)措施。
(3)該系統(tǒng)會(huì)受到電力供應(yīng)的影響,遇到停電等影響,系統(tǒng)將停止運(yùn)行,系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)法累計(jì),需要重新開始累計(jì)數(shù)據(jù)。遇到傳感器損壞更換,數(shù)據(jù)需重新積累,無(wú)法與前期數(shù)據(jù)相比較。
(4)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集情況下,無(wú)法顯示該橋的撓度變化線形,只能單點(diǎn)顯示該點(diǎn)位置的變化情況。
(5)該系統(tǒng)前期建設(shè)投入成本較大,后期維護(hù)方便,能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)撓度數(shù)據(jù)的變化。傳統(tǒng)的人工撓度監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需從幾年甚至多年來分析橋梁撓度的變化趨勢(shì)。該系統(tǒng)能在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、人工監(jiān)測(cè)不易的大跨度橋梁撓度長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中得到較好的應(yīng)用。