炳草岗大桥长期健康监测方案比选

尹云厅

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

炳草岗大桥长期健康监测方案比选

尹云厅

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

炳草岗大桥作为一座已建成近10年的独塔密索式斜拉桥，由于其桥结构较为特殊，为了进一步保障炳草岗大桥运营的健康与安全，本文讨论了3种适用于炳草岗大桥的桥梁远程在线长期健康监测方案。

一、工程概况

炳草岗大桥，主桥总长516.3米，主跨径200米，桥面总宽23.9米，其中单塔斜拉23对共92根拉索，斜拉索跨径150米，T型刚构跨径50米，主梁为预应力砼双纵肋，主塔总高度180.8米。该桥的突出特点是，炳草岗金沙江大桥是由一座刚柔体系组合大桥，即单塔斜拉桥与T型刚构组成组合体系，属非对称式的大桥。

二、混凝土斜拉桥常见病害及原因

2.1 拉索病害及原因

拉索是斜拉桥的重要组成部分,拉索病害通常主要分为三类（1）拉索护套病害（2）拉索钢丝病害 （3）斜拉索锚具的锈蚀。不少已建斜拉桥出现了上述斜拉索的病害。

斜拉索病害的主要原因可以分为累积损伤和自然损伤。拉索的长期积累损伤主要是疲劳和腐蚀。对于自然损伤,主要是指偶发性事故如洪水、交通事故、船撞击等不可预见的偶然事件导致的斜拉索损伤。

2.2 主梁的裂缝病害及其主要原因

斜拉桥的主梁不仅承受弯矩,同时也承受斜拉索的水平分力,处于受组合力状态,是斜拉桥上部结构的主要受力结构,主梁及桥面板在桥梁运营阶段出现的最多的病害就是主梁顶板、横隔梁及腹板出现裂缝。裂缝产生的原因很多,如荷载作用、混凝土组成成分、温度变化、混凝土收缩和徐变、基础的不均匀沉降以及钢筋的锈蚀等,而许多裂缝往往是几种不同因素联合作用的结果。

2.3 索塔病害及其主要原因

斜拉桥的索塔是承受荷载的主要构件,索塔病害的主要表现为主塔偏位和混凝土裂缝。

2017年1月～12月，新疆油田勘探钻井共开钻70口井，完成54口，累计进尺约223383m，其中，应用去磺化环保钻井液体系的井数达到43口，占总井数的80%，累计进尺约166079m，减少磺化类水基岩屑32812方，与磺化类水基岩屑相比，去磺化类水基岩屑的单位成本降低54%，并取得了良好的经济效益。

对于主塔偏位其主要原因有:斜拉桥的索塔是一种悬臂结构,每根索的索力都会使索塔产生沿其水平方向的位移。许多水平作用经过相互消减,叠加后在塔柱上反映出综合位移,其中以塔顶最为显著。

索塔混凝土普通裂缝的原因基本与上述主梁发生裂缝的原因相同。

索塔的疲劳损伤,其主要原因是车辆荷载作用、风力、温差等因素会造成索力的变化。这些反复的、有周期的作用将会使混凝土斜拉桥的索塔出现疲劳损伤, 导致索塔锚固区的混凝土过早出现裂纹、承载能力下降、使用寿命减少。

三、炳草岗大桥健康监测方案方案比选

3.1 方案一：炳草岗大桥远程智能监测系统

（1）监测系统

由传感器、二次仪表及高可靠性的现场控制系统等部分组成。实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理, 并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数,以一定的形式存储起来。用于采集监测和评价中的3大类参数：荷载源，系统特性，桥梁的响应。同时还包括地基基础的监测、结构的腐蚀监测和外观的整体监测。

（2）诊断系统

利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断, 包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等。将处理过的数据传输到监控中心，即状态评估系统。

传感器监测到的实时信号,经过采集与处理,由通信系统传送到监控中心进行分析和判断,从而对结构的健康状况作出评估。

该方案具有监测内容全面，人为因素少等优点。缺点是结构状态数据不直观，分析状态相对较复杂。

3.2 方案二：炳草岗大桥移动视频监测系统（主梁下方）

主要方法是在人工难以到达主梁下方设置自动行走与管理的视频监控设施、拉索采用索力爬行机器人、挠度采用激光位移传感器；在人力能够企及的地方采用人工定期检测的方式。由于桥墩将隔断自行桁架运行路线，因此对于主桥斜拉桥部分及连续刚构部分需要设置三套装置。该方案优点是监测直观，方法成熟。缺点是人为因素较重。

（一）拉索监测系统：对缆索的检测采用爬行机器人与人工索力计相结合的拉索监测系统，以人工定期检测的方式进行。

（二）主塔监测系统：主塔主要监测内容为塔内拉索锚头健康状况，可以利用塔内现有检修通道，由检测人员进入后直接进行检查。

（三）主梁监测系统：主梁主要监测内容为主梁变形及主梁下部裂缝情况，其中主梁变形监测通过安装激光位移计的方式，而主梁下部裂缝情况和斜拉索下锚头状况通过主梁下方的移动视频监测装置进行高频定期检测。该方案优点是监测直观，方法成熟。缺点是人为因素较重。

3.3 方案三：炳草岗大桥移动视频监测系统（主梁外侧）

与方案（二）类似，但将自行桁架式视频监控装置、安装于主梁两侧，其优点是不与桥墩及主塔位置冲突，可以通过绕行的方式设置，全桥可只设置两套装置视频监控设施，与方案（二）比较，将节约一套行走装置，降低造价，缺点是无法对主梁下方所有位置进行观测，只能对主梁外侧面及底面进行观测。

（1）拉索监测系统：

对缆索的检测采用爬行机器人与人工索力计相结合的拉索监测系统，以人工定期检测的方式进行。

（2）主塔监测系统：

主塔主要监测内容为塔内拉索锚头健康状况，可以利用塔内现有检修通道，由检测人员进入后直接进行检查。

（3）主梁监测系统：

主梁主要监测内容为主梁变形及主梁外侧及梁底裂缝情况，其中主梁变形监测通过安装激光位移计的方式，而主梁外侧面、底面裂缝情况和斜拉索下锚头状况通过主梁外侧的移动视频监测装置进行高频定期检测。

四、结论

结构远程监测是目前国内外公认的监控桥梁健康与安全状态的重要手段。项目组总结了现有几种主要的桥梁长期监测方法，根据炳草岗大桥特点，并调查了类似的混凝土斜拉桥常见病害及原因，在此基础上提出了三种适用于炳草岗大桥的桥梁远程在线长期健康监测方案。方案一监测数据噪音大、识别率低，在对桥梁健康判断时，不能直观、准确的评估桥梁健康状况。方案二及方案三测直观，对混凝土结构开裂等常见病害具有发现及时、定位准确等优点，对管养人员专业水平要求较低，便于管养单位日常养护和长期健康监测。

根据上述分析，推荐炳草岗大桥移动视频监测系统（主梁外侧）（方案三）为推荐方案。

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[3]喻艳梅.对桥梁安全问题的监测方案研究[J]. 科技资讯, 2006(12):27-28.

U45

B

1007-6344（2016）08-0052-01

尹云厅（1993-）硕士 重庆交通大学 桥梁加固方向