张景科/广东工业大学华立学院
广东省某S型桥梁长期健康监测分析
张景科/广东工业大学华立学院
为保证某S型桥梁的安全使用性能,笔者在近几年对该桥进行了详细的监测,通过其垂直位移和水平位移的计算分析,并结合现场桥梁工作状态及各个部位的运营照片,做到了计算结果结合现场实际情况,通过监测发现桥梁使用的安全隐患,为桥梁安全使用提供技术借鉴。
S型桥梁;健康监测;位移
依托工程是广东省内某高速公路大桥,全长835.498米,平面位于三个交点组成的两段S形曲线上,相应的圆曲线半径分别为310m,310.46m和376.59m,见图1。桥梁为左右幅分离式桥,上部构造采用预应力砼连续箱梁,设计为双向4车道。其左右幅分别由6联组成,箱梁为双幅单箱单室,每孔跨中及支点处设置横隔板。每联端部设置双支座,其余为单支座。
经初步检测,发现该桥各联间存在较大的相对位移。
(一)垂直位移监测点布设和测量方法
由于该桥跨越河流且桥下障碍较多,桥墩垂直位移监测点和桥面垂直位移监测点均布置在桥面上,桥墩垂直位移监测点布置在墩顶对于的桥面上,与桥面垂直位移监测点共有。监测点沿行车道两边在第一联和第六联每孔跨中、1/4跨和支点上用冲击钻钻孔,打入钢钉或膨胀螺丝布设,布点图如图1所示。
图1 桥墩垂直位移和桥面垂直位移监测点
桥墩垂直位移监测和桥面高程监测按二等水准测量要求,使用徕卡精密水准仪NA2+测微器GPM3和铟钢水准标尺进行。通过比较后续的各期观测值与原始高程数据的差值,计算各高程监测点变化值。
(二)水平位移监测点布设和测量方法
为减少行车荷载对监测结果的影响,桥面水平位移监测点布置在位于一端桥头的第六联。根据现场通视情况,在墩顶桥面或者对应的防撞栏上布置监测点。在每幅桥面外侧桥头处各设置一个定向基准点,在周围合适位置布设测量基点,左右幅各作为一组观测,布点图见图2。
图2 桥面水平位移监测点布置示意图
(一)垂直位移监测结果
2012、2013、2014年的桥墩垂直位移和桥面垂直位移监测结果见图8。第一次沉降为2012年高程值减去2013年高程值,第二沉降为2013年高程值减去2014年高程值,累计沉降为2012年高程值减去2014年高程值,单位mm。正值表示下沉,负值表示上升。
由监测数据可知,桥墩垂直位移量最大处为L34,累计下沉4.63mm,桥面垂直位移量最大处为R1-3,累计下挠2.77mm。由于监测是在正常交通荷载下进行,监测结果表明该桥2012—2014年无明显垂直变形,桥梁垂直位移数据稳定。
(二)水平位移监测结果
2012、2013、2014年的桥面水平位移监测结果见表1。第一次位移为2012年坐标值减去2013年坐标值,第二位移为2013年坐标值减去2014年坐标值,累计沉降为2012年坐标值减去2014年坐标值,单位mm。2012年监测温度为18.5℃,2013年监测温度为29.3℃,2014年监测温度为12.1℃,因此第一次位移为升温10.8℃,第二次位移为降温17.2℃。
表1 桥面水平位移监测结果(mm)
由于监测点所在桥梁中心线为R=376.6m的圆曲线,监测点布置在右幅的外侧,桥梁宽度为11.5m,所以监测点位移R=388.1m的圆曲线上。其中监测坐标N轴与监测原点DZ1点处切线之间的夹角 0β =-94.18°(逆时针为正),将横向位移和纵向位移转化为径向位移和切向位移,结果见表3-6。切向位移以里程减小方向为正,径向位移以指向曲线外侧为正。
表2 桥面水平位移监测结果坐标转换(mm)
表3 切向位移理论值(mm)
桥梁的径向位移从监测结果看最大为3.3mm。混凝土梁桥在均匀温度作用下,若不考虑支座对结构变形的约束时,梁体会产生均匀的自由应变,
式中∆l为变形量,单位为m;α为混凝土的线膨胀系数0.00001;Tt为时刻t的结构均匀温度,摄氏度;T0为结构初始均匀温度;l0为构件变形方向上的长度。以R34固定支座为不动点,监测点切向位移理论值如表3所示。
从桥梁切向位移的监测结果可以看出,桥梁在温度变化下,切向变形量明显小于式(1)计算出来的变形量(表3),可以判断桥梁在切向上的变形是受到约束的。而桥梁的径向位移,有向外侧增长的趋势。
经现场检测,发现该桥下部结构不存在显见性裂缝和结构变位,外观基本完好,病害主要集中在箱梁梁体和支座处。其中箱梁梁体出现多处竖向和斜向裂缝和混凝土破损露筋,裂缝主要出现在箱梁腹板,最大裂缝宽度为0.4mm,可以推断与梁体扭转、混凝土收缩徐变等因素有关。此外,该桥部分活动盆式支座出现支座滑移,同时大部分支座垫板、钢盘和固定螺栓出现锈蚀,这可能是该桥切向变形受到较大约束的原因之一。此外检测中还发现了8处伸缩缝橡胶止水带破损,长度介于0.3m~2m之间。
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