自动化监测桥梁管养系统在悬臂钢挂梁桥上的应用

姚霞霞 （嘉兴市南湖区公路管理段，浙江 嘉兴 314051）

0 前言

S202(07省道)焦山门大桥跨越嘉兴市平湖塘，是嘉兴市东西走向的重要节点，该桥建于1997年，全长222.3m，桥宽 15m，跨径组合为 3×20m+（23+54+23）m+3×20m=220m，桥梁法线与河道中心线顺交48。；主桥采用变截面预应力钢筋混凝土单悬臂T梁+钢挂梁，引桥为6孔20m预应力混凝土空心板梁上部结构。设计荷载等级为汽车-20级、挂车-100及人群-3.5kN/m2[1]。

焦山门大桥自建成以来，由于后期超载及车流量增多的原因，钢桥面破损严重。经多次维修后，于2010年采用钢板焊接的方式加高主桥钢挂梁结构层9cm，桥面铺装采用6cm厚ERS体系树脂沥青混凝土铺装[2]。但到2013年桥面又破损严重，同时检测发现主桥钢挂梁整体有较大横向变位，挂梁护栏与悬臂处护栏有较大错位，2015年该桥被评定为四类。

为保障该桥的通行安全，尤其是为综合解决钢桥面疲劳裂纹和铺装易损坏的问题，2016年主要对主桥36.6m钢挂梁采用钢-超韧混凝土STC（Super Toughness Concrete）轻型组合桥面进行施工，具体维修内容包括拆除原钢箱梁上加高层钢板并凿除原沥青混凝土桥面；焊接栓钉并设置钢筋网，铺设70～178mm厚的钢-超韧混凝土STC，STC层上铺设50mm厚SMA沥青混凝土磨耗层[3]。

经过一年的运营，为掌握大桥在维修改造后的使用状况，确保桥梁结构的安全运营，2017年12月对该桥进行特殊检查，根据检查结果开始对主桥悬臂钢挂梁建立安全检测系统，通过远程自动实时监控，准确了解其在车辆荷载作用下的整体位移情况及车轮荷载作用下的局部变形情况，为桥梁下一步管养提供科学、有效的决策具体重要意义。

1 桥梁特殊检查情况

为了解焦山门大桥目前的实际技术状况，对全桥进行特殊检查，通过全面细致的外观检查、桥梁结构无损检测及桥梁上部结构控制截面的承载能力检算，焦山门大桥上部结构主梁的承载能力均能满足设计汽车-20级、挂车-100荷载的安全承载要求，STC轻型组合钢桥面改善局部刚度效果明显，局部变形不明显，以整体变形为主，桥面铺装使用良好，同时桥梁线形、混凝土专项检测等都能满足设计要求，存在的主要问题是第5跨挂孔钢结构主梁发生整体横向偏移，最大横向偏位值Dmax=10.5cm，但与2016年维修前的检测数值10.5cm一致，无进一步横向偏移发展。发生偏移的主要原因为该桥斜交角度较大，且在两端牛腿处未设置横向限位装置，在桥面车辆荷载及温度的作用下，主梁往锐角方向爬移所致[4]。

为动态重点掌握该桥的移位和变形情况，为后续桥梁的养护、维修或加固提供基础数据和技术依据，对主桥悬臂钢挂梁建立安全检测系统，通过远程自动实时监测变形和应变，确保桥梁结构的安全运营。

2 安全监测系统

2.1 安全监测系统总体设计

焦山门大桥自动化安全监测系统是一个跨结构，集工业传感器、工业自动控制、网络传输、信息实时采集、结构状态分析、信息发布显示、软件集成领域为一体的综合性系统集成项目，物联网的形式进行展现，主要包含变形监测系统、应变监测系统以及软件系统，其中变形监测系统主要分为整体位移监测系统以及挠度监测系统两部分[5]。

变形监测系统及应变监测系统主要以智慧硬件配合无线传输，实时采集并上传数据，而软件系统具有自动化数据采集、数据分析、结构预警和数据管理等功能，以客户端及移动终端的形式直观展现采集所得数据，具有实时报警、自动分析数据，管养单位可通过互联网实时查看焦山门大桥的工作状态，更准确的动态把握该桥的技术状况水平。

2.2 主要监测内容及测点布置

焦山门大桥主要监测内容及测点布置 表1

2.3 安全监测情况

2.3.1 监测概况

焦山门大桥自动化安全监测系统于2017年12月完成软件及硬件安装调试，并于2018年1月正式投入使用，到目前为止已运行了1整年（12个月）时间，运行期内未出现软件系统崩溃，关键硬件损坏等问题，系统整体运行状况良好，部分监测画面如下图所示。

图1 焦山门大桥自动化安全监测系统软件界面（整体位移监测）

2.3.2 监测数据

根据历年检测报告、相关规范及桥梁模型计算，在考虑桥梁最不利荷载位置计算的最小值作为各模块限值（报警值），通过焦山门大桥2018年1整年的监测数据可以看出，该桥整体位移、挠度、应变监测数据均在安全范围内浮动，处于安全状态。偶有较大数据，经分析较大数据与重车过桥相关，较大数据维持时间较短，不久便恢复正常，具体见图2、图3、图4。

对整体位移、挠度、应变的监测数据可知，不同模块不同测点的数据虽不完全相同，但变化规律有相似之处，监测数据受通行车辆影响较大，且桥梁整体位移反应最为明显，应加强关注。同时结合2018年焦山门大桥经常性检查，2016年实施的刚挂梁轻型组合桥面基本无开裂，整体刚度明显增加，局部变形很轻微，以整体变形为主，刚挂梁沿斜角整体位移基本趋于稳定。

为了保障下一步焦山门大桥安全监测系统的正常运营，尚需对其开展周期性维护工作（包含日常维护、升级、送检、维修），并对该桥每年进行一次全桥缺陷检查，将监测数据与定检数据相结合，相辅相成保障焦山门大桥安全。

图2 2018年监测整体位移曲线图

图3 2018年监测最大挠度曲线图

图4 2018年监测应变曲线图

3 结论

焦山门大桥安全监测系统根据焦山门大桥的受力特点及历年检测情况，选取了整体位移、挠度、应变3个模块进行监测，对桥梁结构的技术状况进行实时的监控与评估，能直观且系统的反映出桥梁当下的技术状况和使用性能。同时当桥梁遇到特殊气候、特殊交通条件或结构安全异常严重时发出预警信号，为桥梁的日常养护和下一步维修提供有效依据与指导，为桥梁安全保驾护航。

根据这一年的监测情况及日常观察，经过STC维修加固，钢桥面局部刚度得到了明显提升，车辆荷载作用下桥面局部变形不明显，以整体变形为主，桥面铺装无开裂，维修效果良好。