张福俭 徐文城 越 川
(1.中交公路规划设计院有限公司,北京 100088; 2.浙江嘉绍跨江大桥投资发展有限公司,浙江 绍兴 312000)
某大桥火灾堵车事件响应监测与安全评估★
张福俭1徐文城1越 川2
(1.中交公路规划设计院有限公司,北京 100088; 2.浙江嘉绍跨江大桥投资发展有限公司,浙江 绍兴 312000)
通过分析某跨海大桥火灾引起的车辆拥堵事故的监测数据,研究了桥梁在事故期间的主梁挠度、斜拉索索力的变化情况,并评估了桥梁安全性,保证了桥梁结构与行车的安全。
桥梁结构,安全评估,响应监测,挠度
结构健康监测对土木工程结构、特别是大型和超大型结构的设计、建造、维护和运营安全具有非常重要的意义,为揭示结构真实服役环境、荷载、响应和性能演化规律提供了现场试验手段[1]。结构健康监测系统在大型桥梁工程中已经得到了比较广泛的应用[2],也正在逐渐体现出与人工检查所不同的独特优势以及价值。
2015年3月28日凌晨2时许,某大桥绍兴方向引桥发生车辆起火事故。事故发生后,大桥管理方及时采取了有效措施,避免更大事故的发生。但事故处理时间较长,单侧通行能力严重受限,造成大桥上车辆拥堵、滞留,对大桥的安全提出了考验(如图1,图2所示)。
某大桥健康监测系统分为荷载源、结构静动力响应两大部分监测内容:
1)荷载源监测项:包括风荷载、环境温湿度、地震、船撞、动态交通荷载。
2)结构静动力响应:
a.结构静力特性监测项。包括关键代表性构件受力(注:吊索力纳入定期巡检内容)、控制点的空间变位状况(主缆、加劲梁和索塔的空间变位情况)。
b.结构动力特性监测项。包括桥梁主缆、索塔、加劲梁、吊索构件的固有动力特性监测与分析以及地震、船撞振动响应监测。
选取2015年3月28日0时~24时的监测数据进行分析。
压力变送器传感器布置图见图3。
1)Z7,Z8跨中挠度(最大挠度)见图4。
由Z7,Z8跨跨中的挠度来看,此次事件造成的挠度响应是很大的。挠度最大值出现的时间都是在上午09:50,上游最大挠度-388.6 mm,下游最大挠度-300.4 mm。上游最大挠度已经接近最大设计活荷载挠度值(-443 mm),超过规范规定的预警值[3]。应对此类极端事件提高警惕,尽可能防止发生交通流拥堵滞留桥上的情况。
另外可见,挠度响应明显增大的时间从早上7:40左右开始,持续到下午15:18之后。在凌晨03:54~07:40之间,挠度较正常值减小,该现象是由于事故发生后的交通管制引起。
2)主航道桥挠度包络图见图5。
由挠度包络曲线可见主桥主要桥跨内的挠度最大值均超过了200 mm。最大挠度出现在Z7,Z8之间,已接近活载设计值。除Z6,Z7跨之外,上游桥面的下挠响应大于下游,这是由于单侧车辆拥堵造成的。
整体上挠度水平低于设计活荷载挠度,主桥结构整体安全。
车辆荷载的拥堵势必造成索力的变化,威胁斜拉索系统的安全。斜拉索振动加速度传感器布设位置见图6。
通过斜拉索振动加速度监测数据,采用振动法进行索力的识别,即可得到斜拉索的索力[4-6]。这里采用1 min的分析间隔进行索力识别,可以兼顾索力识别的准确性与时变特点。典型斜拉索的索力如图7所示。
从图7中可见(Z7 R N-Z7)索力自09:22前后开始迅速上升(起始值2 353 kN)。大约40 min之后达到峰值2 617 kN(索力变化率为11%),并在随后保持了较高的索力水平,直至大约15:40,索力才逐步减小。索力增加过程中,均未超过容许索力;索力经历增加、减小过程后,可以回到事件前水平,可以判定该斜拉索在这次事故中安全。
对所有斜拉索进行索力识别,可知索力变化范围在-16%~19%之间,均未超出斜拉索的容许索力,且事故过后均可恢复至事故前水平,可以判定斜拉索系统安全。
根据某大桥安全监测与巡检管理系统采集的实测数据,分析得到如下结论:
1)主桥中跨跨中挠度最大值-237.8 mm,小于设计活载挠度;主桥最大挠度发生在Z7,Z8跨跨中,上游挠度最大值-388.6 mm,已接近该位置设计活载挠度(-443 mm)。桥梁结构仍在安全范围内,但是对这种情况的发生应保持警惕、尽量避免。
2)索力变化幅度-16%~19%,在安全范围内,实测最大索力未超出设计容许索力。斜拉索系统在本次事件中处于安全状态。
3)事件结束后,索力、变形基本恢复至事件前水平。本次车辆拥堵事故未使大桥造成不可恢复的损伤。
通过桥梁安全监测系统的实时监测,帮助桥梁管理部门在紧急状况下掌握桥梁的安全状态,并对应急管理决策提供了数据支持。
[1] Ou J.Some Recent Advances of Intelligent Health Monitoring Systems for Civil Infrastructures in Mainland China[C].proceedings of the Proceeding of the 1st International Conference on Structural Health Monitoring and Intelligent Infrastructure,Tokyo,Japan,2003.
[2] H Wenzel,Health Monitoring of Bridges[M].John Wiley & Sons,Ltd.2009.
[3] JT/T 1037—2016,公路桥梁结构安全监测系统技术规程[S].
[4] De Sá Caetano E.Cable vibrations in cable-stayed bridges[M].Porto:IABSE,2007.
[5] Hiroshi Z,Tohru S,Yoshio N.Practical Formulas for Estimation of Cable Tension by Vibration Method [J].Journal of Structural Engineering,1996(122):6-651.
[6] Russell J,Lardner T.Experimental Determination of Frequencies and Tension for Elastic Cables [J].Journal of engineering mechanics,1998(124):1067.
Abstract: The monitoring data during traffic jam caused by fire hazard is analyzed from a oversea bridge. The deflections of deck and cable forces are investigated, by which the safety of the bridge is evaluated. The structure and vehicle safety is ensured.
Key words: bridge structure, safety evaluation, response monitoring, deflection
Response monitoring and safety evaluation of a bridge during traffic jam caused by fire hazard★
Zhang Fujian1Xu Wencheng1Yue Chuan2
(1.CCCCHighwayConsultantsCo.,Ltd,Beijing100088,China; 2.ZhejiangJiashaoCross-RiverBridgeInvestmentandDevelopmentCo.,Ltd,Shaoxing312000,China)
2016-03-13★:国际科技合作专项目(项目编号:2015DFG82080)
张福俭(1980- ),男,博士,工程师
1009-6825(2016)15-0220-02
TU317
A