桥梁结构安全监测技术分析

文/曾德荣、毛训涛

1 前言

我国的桥梁事业发展速度非常快，桥梁结构形式愈加复杂，功能性逐步完善，人们对于当前桥梁的质量和寿命重视度也逐步提升。在桥梁投入运营比较长的时间后，有些结构部分会导致严重的损伤和问题，因此我们需要加强桥梁结构的质量检测，做好必要的监测管理工作，这是提升桥梁的应用水平主要方式。如何进行桥梁结构的质量检测与安全检查是当前学术界讨论的主要问题，也是工程领域研究的重点。在桥梁安全性检测后，我们可以从客观角度了解桥梁的工作状态，评价桥梁的承载性能，为桥梁的正常运行以及桥梁维修加固处理提供良好的基础。因此，桥梁安全检测是非常重要的工作，同时它对于社会发展有着非常重要的作用。

2 桥梁结构安全监测作用分析

桥梁项目的工程量巨大，建设施工周期比较长，因此其安全性是非常重要的因素，也是桥梁施工单位管理的重点。桥梁在应用过程中，因为存在环境侵蚀、载荷影响、疲劳效应、材料老化等严重问题，极大影响了桥梁的正常应用，其安全性也随之下降；桥梁结构在受到环境的全面影响下，导致老化、损伤的问题日益积累，造成结构损坏严重，甚至出现严重的安全事故问题。因此，在桥梁的运行中，我们需要加强运行状态的检测，了解其安全性是否存在缺陷和问题，明确其服务功能是否下降。在检测中，要从如下几个方面出发：

2.1 准确掌握桥梁状态信息。如果桥梁状态会给安全性产生不利影响，则可以采取必要封闭交通的方式，以避免受到侵蚀影响[1]。

2.2 掌握劣化程度。如果劣化形成原因没有查明，且没有采取必要措施，则会导致劣化更加严重，影响桥梁正常运营。

2.3 做好桥梁的完整性记录与检测，通过历史记录查询了解桥梁状态变化情况。

2.4 适当检测桥梁劣化状态，实现桥梁维护计划的制定和落实，提高维护管理水平。

2.5 采取必要维修管理措施，消除桥梁危害问题，提高桥梁安全性。

2.6 制定出切实可行的桥梁维修工作计划。

3 工程概况

某桥梁的上部结构设计为（62+100+62）m 变截面预应力混凝土连续箱梁。上部结构采取的是单箱单室的形式，各个部分的预应力体系都能够达到工程的标准要求。该项目在2010年正式投入运营，是该线路内重点桥梁项目，但由于运营时间比较长，所以需要做好桥梁运行状态的监测工作。此外，常规记录检查与监测结果分析，了解环境给桥梁项目造成的影响，可以及时进行隐患的预警和分析，发现缺陷问题导致原因，并采取应对措施，提升桥梁运行的安全性。

4 桥梁结构安全监测方案

该桥梁项目经过多年的运营，交通运行的情况比较恶劣，且由于通行量的增加，出现了严重的质量问题。为了延长桥梁的使用寿命，我们需要全面采取措施进行安全监测，综合分析桥梁病害、人工检测盲点、特殊事件等，考虑桥梁运行当地的交通情况、环境特点，做好各个影响因素的分析；同时，结合该桥梁的运行实际情况，了解桥梁的特点，分析安全性监测的内容，主要包含变形、应变、温度、裂缝、人工检查等各个方面。结构监测的重点就是做好截面应力参数的分析，了解汽车荷载、温度等原因，然后做好一定时间范围内的持续监测，以了解应力参数的变化实际情况，并通过理论数据计算出汽车效应的影响，分析温度场效应的实际情况，同时在结构安全监测环节，在掌握工程实质内容的基础上对变化的参数进行全面控制，在分析季节性变化产生相关因素的同时，判断应力的变化情况[2]。从该桥梁的交通运行量数据进行分析，整个桥梁在每日的7∶00-18∶00 内交通运行量比较大，车辆密集比较大，分布相对均匀，超限的车辆（总重55t 货车或者单轴超过14t）日渐行驶的数量比较少，交通量相对较小，整个交通载荷的分布都是在比较合理范围内。

因此，我们需要做好该桥梁项目温度参数的监测。混凝土结构裂缝或者裂缝的形态出现了一定变化后，粘贴在裂缝周边区域范围内的导电涂膜电阻也会出现一定变化。按照裂缝宽度尺寸的变化实际情况和导电涂膜变化参数的一定关系，形成分析模型，从而获取所需要的涂料电阻值、环境因素等，并通过公式进行参数计算分析；结合每日监测确定的数据信息，计算确定变化参数，形成曲线，以了解裂缝变化的速度，更好地分析其变化趋势和规律。经过各项数据分析，可以结合当前的技术规范做好桥梁状态的评价分析。

5 桥梁结构变形和应力监测

5.1 结构变形监测

为了确保检测数据的准确性，防止存在数据离散的问题，该桥梁在工程中严格执行“四固定”原则，并明确具体的监测人员，做好路线与数据等方面的控制。本次变形检测通过徕卡TS30 全站仪开展该工作，数据精度比较高；根据实际情况我们需要确定具体的棱镜与反射贴片，然后掌握位移量的技术参数。通过多次观测后发现，以墩顶截面固定点作为观测基点参数，可以很好地分析高程差距参数。测点初测应该采取两次检测，计算其平均值参数，一般是每个季节进行一次数据测量。跨重点监测需要24h 进行检测，间隔1h 做好一次数据测量。经过本次桥梁变形数据分析，与第一季度数据对比，桥梁中的竖向变形量为6mm 左右，桥梁变形也能够得到有效的控制[3]。在结构变形监测环节中，为了充分了解结构变形的数据，并通过构建模型的方式对相关参数进行调整优化，就当前而言，可以采用的BIM 技术，它是非常有效的一种方式，此技术具备可视化、建模化等功能，可以配合检测功能的实施。

5.2 桥梁结构应变（温度）监测

对于本次桥梁在测量中通过智能化表面数码弦式应变计的检测，关键截面应力（温度）采用JMZR-2000 设备进行检测，并形成整个系统的数据采集，应用该系统内的数据传输与采集模块，做好系统的数据分析，且随时进行数据的传输和使用，以做好数据库系统的分析，为整个项目的观测提供良好的基础。桥梁结构的安全性分析可以通过安全度指标衡量分析；而各项指标的计算，则是应用荷载、温度效应方面做好应力计算包络图上、下限。另外，通过数据分析发现，Y2、Y5 截面有些时间段内安全性超过100，其他各个界面的安全性在监测时不足80，所以桥梁的安全性符合要求。通过从这些方面分析发现，整个桥梁的安全性处于良好的范围内，可以满足当地的交通运行需要[4]。除此之外，在结构应变温度监测的环节，我们还考虑温度的变化性质；另外，监测方式需要通过安全技术处理的方式进行操作，即在保证温度满足工况要求的基础上测定安全结构应变能力，并使其能够达到规定的取值。

5.3 典型裂缝监测

典型裂缝检测主要是柔性导电材料表面涂刷一层材料进入裂缝内开始分布式的检测，通过对该涂料在具体裂缝中产生的电阻变化情况进行研究，根据电阻值在裂缝中的扩展，就可以掌握其裂缝是否存在扩展的问题，以此掌握变化的实际情况。本次桥梁的裂缝监测布置情况可以见下表1。

表1 桥梁裂缝检测布置

从裂缝的监测数据分析发现，合拢的各个部分都产生了比较细小的裂缝问题，宽度没有超过0.5mm，且没有出现的结构裂缝问题，其他裂缝的涂膜检测范围内也没有出现预警信息。由于裂缝监测环节中报警信息会因为涂膜范围内小微裂纹的情况而产生影响，因此今后还需要进行长期观测，以获取变形数据信息，充分分析桥梁的变形具体情况，为今后桥梁的质量管理提供良好的基础条件[5]。

6 结语

综上所述，桥梁结构监测应该重点进行变形、应变、裂缝等变化趋势分析，通过相应的仪器辅助人工方式进行重点结构的监测，以了解桥梁的运行状况，发现局部裂缝演变问题，预测未来的变化趋势，整理与分析现场数据，做出桥梁的运行状态综合性评价，为养护管理工作提供必要的支持，从而更好地促进桥梁的运行性能提升，保障交通运行安全。