預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁由于施工簡便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且便于維護等優(yōu)點,在目前國內(nèi)公路橋梁中占有較大的比重。截至去年底,國內(nèi)共有各類預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁約143萬余條,其中尤其以中、小跨徑梁橋居多,而這些橋梁大多沒有形成較為完備的健康監(jiān)測體系。同時預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁相比較于其他以非混凝土為結(jié)構(gòu)主體的橋梁類型,更易受到混凝土的時變(如收縮徐變等)影響,且相比于普通混凝土材料還具有一定的力學(xué)性能,所以對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁展開健康監(jiān)測分析研究具有重要意義。
此外,當(dāng)前國內(nèi)針對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的健康監(jiān)測并沒有統(tǒng)一、可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)或意見,且國外相關(guān)研究仍處于試驗性或者待深入研究應(yīng)用階段,因而本項目具有一定的開創(chuàng)性和試驗推導(dǎo)性質(zhì)。通過對某中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋進行各類數(shù)據(jù)監(jiān)測,獲取關(guān)于橋梁健康狀態(tài)的各種重要參數(shù),并進行數(shù)據(jù)處理分析進而得出相關(guān)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上,本文還分析了一個完整的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測系統(tǒng)的工作流程和各環(huán)節(jié)功能作用,并對相關(guān)的管理操作流程提出優(yōu)化建議。
某中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋位于國內(nèi)南方內(nèi)陸城市,是城市環(huán)路的重要組成部分。其主橋全長為763.56米,并分有左右兩幅橋(每幅橋均分有3聯(lián))。該橋上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為主體結(jié)構(gòu),通過現(xiàn)場測繪研究,其聯(lián)跨度分布為3122cm*3+2978cm*2+2897cm。橋?qū)捁灿?650cm,梁高1700cm,且各支點連接處均設(shè)置為橫梁結(jié)構(gòu)。在材料選取方面,均采用C50標(biāo)號混凝土,同時各預(yù)應(yīng)力鋼束均采用高強度低松鋼絞線,采用波紋管制孔。在施工方面,采取分節(jié)施工的方式,橋梁概況見圖1,橋梁的跨中截面和支點截面分別見圖2和圖3。
圖1 橋梁施工概況
圖2 橋梁跨中截面(單位:cm)
圖3 橋梁支點截面(單位:cm)
為有效監(jiān)測該橋梁健康狀況,在橋梁建成之后,采取多種方式以實現(xiàn)對橋梁的應(yīng)變、撓度和溫濕度等信息的較精準(zhǔn)識別監(jiān)測。
結(jié)合項目實際與普適性,本試驗采用振弦式應(yīng)變監(jiān)測傳感器來測量橋梁的應(yīng)變情況。之所以未采用光纖傳感器等,是考慮到大多采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的各類橋梁普遍為中、小型,后期維護保養(yǎng)預(yù)算并不是太充足,而光纖傳感器等經(jīng)濟性價比較低。
在試驗設(shè)計方面,選用橋體第一聯(lián)中的前三跨(即為00臺—01墩—02墩—03墩,見圖4)為監(jiān)測對象,并在這些部位的跨中和支點為傳感器埋設(shè)處(埋設(shè)點位見圖5)。
圖4 應(yīng)變監(jiān)測區(qū)間
圖5 應(yīng)變計放置圖示
通過在所選區(qū)間的每跨徑箱梁截面腹板的上、下緣放置應(yīng)變計,并采用扎絲的方式將其固定在檢測部位的鋼筋上。在放置完成后,還預(yù)留應(yīng)變傳感器的導(dǎo)線,試驗共使用48臺應(yīng)變傳感器。在布設(shè)完應(yīng)變傳感器后,還為溫濕度傳感器預(yù)留了一定空間,以確保后續(xù)試驗?zāi)軌蝽樌M行。
在撓度監(jiān)測方面主要使用靜力水準(zhǔn)計來進行衡量。通過分析靜力水準(zhǔn)計中不同腔體里面的液面高度差,來判斷所測量區(qū)域在垂直方向上的位移變化。這種測量方式簡單穩(wěn)定,且便于長期觀測。靜力水準(zhǔn)計的工作原理概圖如圖6所示。
圖6 靜力水準(zhǔn)計工作原理概圖
通過在被測橋體的前三跨的每個跨中截面處設(shè)置放置點,并額外設(shè)置一處基準(zhǔn)點,因此共計使用四臺靜力水準(zhǔn)計??紤]到箱梁中內(nèi)部空間有限,因而靜力水準(zhǔn)計采用外掛設(shè)計,即放置在每跨箱梁腹板的右外側(cè)且在橋路面之下。靜力水準(zhǔn)計的固定方式見圖7。
圖7 靜力水準(zhǔn)計固定方式
溫濕度監(jiān)測方案中,溫濕度傳感器除放置在被測橋體結(jié)構(gòu)中(放置位置與應(yīng)變監(jiān)測相同),還分別于橋梁兩側(cè)放置兩臺溫濕度監(jiān)測箱,用于測量環(huán)境溫、濕度。
風(fēng)力檢測則是在橋梁路面中心處樹立一個風(fēng)速計和風(fēng)向標(biāo),用于記錄風(fēng)力信息。
車流量信息則主要依靠周邊交通數(shù)據(jù)分析和交管平臺公示。
雨雪情況則依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_紀(jì)錄。
通過本試驗對中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋的健康監(jiān)測分析來看,混凝土的收縮徐變?nèi)允怯绊戭A(yù)應(yīng)力混凝土健康情況的主要原因。同時預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁還受到橋體結(jié)構(gòu)、路面負(fù)載、車流量及溫濕度等影響。結(jié)合層次分析法及權(quán)重分析,得出預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康因素影響分布(見表1)。
表1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康因素影響分布
經(jīng)過長期監(jiān)測分析,該橋梁中預(yù)應(yīng)力混凝土的收縮徐變在前期發(fā)展較為快速,尤其是在預(yù)應(yīng)力施加后的29d內(nèi)應(yīng)變急速增加,而后則發(fā)展較為緩慢。至第834d之后,收縮徐變已基本完成,相關(guān)數(shù)據(jù)變化不再明顯。此外,環(huán)境溫度和負(fù)載也對混凝土中的鋼筋預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生一定影響,同時在較低溫度下混凝土徐變速度會相應(yīng)降低。
在本次試驗中,我們還發(fā)現(xiàn)雖然預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有各種獨特優(yōu)勢,但由于其自身材質(zhì)和結(jié)構(gòu)原因,對于混凝土施工工藝和鋼筋放置方式等有較高的要求,需要施工人員具有一定的技術(shù)基礎(chǔ)并嚴(yán)格按照施工方案進行。同時,盡可能保證在橋梁施工過程中,周邊的溫度、濕度等環(huán)境因素較為恒定,以保證混凝土前期的收縮穩(wěn)定。不同部位所承受的負(fù)載有一定區(qū)別,這也對橋梁的健康運行產(chǎn)生一定的影響,特別是在后期運行中面臨車流量較大、車輛超載等情況,這需要在橋梁設(shè)計之初便充分考量。
預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工便捷,同時結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、后期維護保養(yǎng)成本較低,得到了較廣泛的使用。但針對此類型橋梁的長期健康監(jiān)測卻發(fā)展相對緩慢,國內(nèi)還沒有形成較為通用且規(guī)范有效的的健康監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)體系。本文依據(jù)國內(nèi)南方某內(nèi)陸城市中的中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋健康監(jiān)測情況展開分析論證,探究了影響其健康情況的各類因素數(shù)據(jù),并運用管理學(xué)方法進行權(quán)重分析和流程優(yōu)化建議。最后伴隨著國內(nèi)交通運輸事業(yè)的進一步發(fā)展,預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的相關(guān)研究和技術(shù)人才儲備情況會得到持續(xù)優(yōu)化,這將對于此類橋梁的健康監(jiān)測和長期穩(wěn)定運行奠定良好的基礎(chǔ)。