中小跨径桥梁安全监测系统研究

陆 陆

(辽宁省高速公路管理局 辽宁 沈阳 110003）

中小跨径桥梁安全监测系统研究

陆 陆

(辽宁省高速公路管理局 辽宁 沈阳 110003）

为确保中小跨径桥梁的运营安全，建立了一套适用于该类桥梁的安全监测系统，并以后丁香大桥（旧桥）主跨连续箱梁作为监测对象，从监测内容、监测手段及选择监测仪器、安全预警等方面进行了分析探讨，实现了对桥梁运营状态的实时监测，进而验证了系统的有效性。

中小跨径桥梁；监测；运营安全

1. 前言

随着交通事业的发展，桥梁建设规模与日俱增，其中中小跨径桥梁占较大比例。然而，在其迅速发展的同时，由于交通量不断增长，重载和超载车辆日益增多，设计施工以及养护措施不够科学合理等原因，中小跨径桥梁安全事故也随之增多，这将对国民经济和生命财产造成严重损失。显然，桥梁管理者亟需一套针对中小跨径桥梁的实际安全性能,进行远程实时监测并具有安全预警功能的系统, 以确保桥梁结构的运营安全。因此，开展安全运营监测实用技术研究，构建一套适用于中小跨径桥梁的安全监测系统，对保障该类桥梁的安全运营具有重要的工程实际意义。

2. 中小跨径桥梁安全监测系统构成及功能

中小跨径桥梁安全监测系统，主要应用传感测试技术，网络传输技术，计算机信息处理分析技术对桥梁进行长期实时监测。该系统主要由硬件和软件子系统组成，其中硬件子系统主要包括传感器、数据采集设备、系统控制与数据传输设备、供电设备），软件子系统主要包括数据分析处理软件、上位机的远程数据采集、存储、分析，远程采集数据交互，并提供远程客户访问交互功能。

该监测系统充分利用物联网技术，不仅可以及时诊断中小桥梁结构的安全状态，并做出实时评估，而且可以通过计算机网络访问采集到的监控数据和当前的评估结果，这些数据的共享有效地促进了中小跨径桥梁结构的安全监测和损伤诊断的研究。

3. 后丁香大桥安全监测系统

3.1 工程背景

后丁香大桥位于沈阳环城高速。桥跨组合：4×30m（T梁）+38+61+38m（箱梁）+2×40+5×25 m（T梁）+38+4×61+38m（箱梁）+21×30m（T梁），桥梁总长为 1426.4m，桥面净宽左右幅均为 11.50m，防撞墙外侧宽为 0.50m，内侧宽为0.75m，上部结构：预应力混凝土等截面T梁及变截面箱梁，由于在运营过程中，箱梁出现跨中下挠过大和腹板裂缝等病害，因此进行了体外索加固处理；下部结构：箱梁桥墩为钢筋混凝土板式桥墩，T梁桥墩为钢筋混凝土双柱式桥墩，埋置式肋板台，基础采用钻孔灌注桩基础。

为保证桥梁的运营安全，选择后丁香大桥（旧桥）主桥6孔一联中的3孔连续梁桥作为监测桥跨，通过在桥上安装安全监测系统，对桥梁结构的病害特征及其致病因素结构在使用荷载作用下的响应进行实时监测。

3.2 安全监测关键参数

对于预应力混凝土梁桥而言，主跨跨中下挠量过大和箱梁底板和腹板易产生裂缝是其主要病害类型。由于跨中下挠会进一步加剧箱梁底板开裂,而箱梁梁体裂缝增多使结构刚度降低,进一步加剧了跨中下挠,这两者相互影响形成了恶性循环。此外，行驶的车辆对桥梁振动具有明显响应，易产生冲击型病害，进而降低桥梁结构工作性能，导致桥梁挠度、应力及振动频率出现一定程度的波动，由此加剧了挠度和裂缝的发展。根据桥梁自身的病害特点，并通过对桥梁模型进行分析计算，确定桥梁损伤部位及程度，在此基础上，选择该桥梁的安全监测关键参数为：跨中变形、跨中应变、支点附近裂缝宽度、体外索应变、自振频率进行监测，具体测点如图1所示。通过分析各个参数的监测历史数据的变化情况，可及时了解结构状态，判断桥梁的安全性，确保桥梁的安全运营和科学指导管养的目的。

图1 测点布置图

3.3.传感器选型

本研究为与系统保持相同的设计原则，对传感器这一监测仪器进行合理选择。根据传感器工作原理及采用的材料的不同，一般分为电阻式、光纤式和振弦式三种类型。其中，振弦式传感器采用振弦理论设计制造，灵敏度及精度较高，稳定性较好，耐恶劣环境能力强，适合长期观测，且内置温度传感器可同时监测安装位置的环境温度；另外相对于光栅光纤传感器，振弦式传感器元件及其数据采集设备价格优势明显，而电阻式传感器易受环境因素影响，长期稳定性较差，因此本系统中选用振弦式传感器，且适合预算不高的中、小桥梁安全监测系统中的跨中变形、混凝土跨中应变、裂缝宽度以及体外索应变测量。桥梁振动

根据桥梁自振频率的监测要求，选择拾振器对被监测桥梁的振动特性进行实时、高精度的连续测量，其工作原理是：通过对环境振动侦测，能够自动发现结构异常振动，及时启动连续数据传输，保证关键数据可靠保存。

3.4. 桥梁结构安全性评估

桥梁安全评估监测主要是客观评价桥梁结构的安全性，其可视化界面及动态信息变化如图2所示，该功能主要是结合采集到桥梁结构的连续或周期性监测数据，将桥梁结构在荷载作用下主要被测参量随时间或环境温度变化的情况与以往相同环境温度条件下的参考值进行对比，一旦发现某参量数值发生突变时，即自动发出预警信号，并根据监测数据结果及时查明该参量发生突变的原因，分析和判断结构可能发生的损伤。

图2 可视化界面

6. 结语

综上所述，科学监测桥梁病害损伤状况，可客观准确地评价出桥梁的安全状态，可有效降低产生各类安全事故的几率。此外，在更新维修桥梁结构局部产生的各类质量问题时，因目前的一些检测技术还难以客观准确地评估出桥梁结构各构件的损伤状况。所以，建立中小跨径桥梁安全监测系统并在应用过程中根据实际需求进行不断完善，才能提高桥梁的安全性和使用寿命。

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陆陆（1983.7-），男，本科，土木工程。本文系辽宁省高速公路科研项目，基金号201409，基金名称：预应力混凝土梁桥安全运营监测实用技术研究

TU714

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1007-6344（2016）03-0244-01

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