浅谈多梁式T梁桥横向协同工作的监测与评估

摘 要 本文以广东某高速公路一简支T梁桥为工程背景，利用桥梁结构健康监测系统的应变数据和一种横向协同工作性能指标，实现了在不封闭交通的情况下，对在役桥梁的横向协同工作性能进行了评估。结果显示，该方法可以有效应用于多梁式T梁桥的横向协同工作性能评价，适用于桥梁结构健康监测领域的进一步数据挖掘。

关键词 结构健康监测;动应变;横向协同工作性能

引言

桥梁可以跨越江河湖海，是交通设施互相连通的咽喉，在交通运输中发挥重要作用。我国公路桥梁事业处于飞速发展的阶段，截至2018年底，全国公路桥梁超80万座，其中广东省的公路里程和桥梁数目更是常年位于全国之首。

周良[1]等将其应用于上海市某市政桥梁，通过相关计算发现了铰缝的可能存在病害，并在现场得到了验证。杜晶[2]通过动载试验、模拟桥梁损伤，基于挠度数据实现桥梁横向联系的损伤识别。

本文以广东省某高速路一多梁体系梁桥作为工程背景。介绍了基于动应变监测的桥梁横向协同工作性能指标，并且利用该桥实测的长期动应变监测数据，对其横向整体性进行了相关计算和分析评估。

1工程概况

該桥地处丘陵地带，为分离式双幅桥，跨径组合为6×25m（先简支后结构连续或连续刚构T 梁），全长156.04m。定期检查资料显示，该桥主要病害表现在多跨T梁腹板存在大量竖向裂缝，越靠近跨中越密集。管理单位及时对裂缝进行了修补，为全面了解修补后桥梁结构的情况，在病害较为严重的第一、二跨布置了三个应变监测截面。在每个截面布置14个光纤光栅应变传感器以及5个光纤光栅温度传感器进行补偿，主要监测翼板和梁底的纵向应变。系统采样频率为20Hz，数据通过4G网络实时传输至云，计划几年内不间断采集数据。

2横向协同工作性能指标计算及评估

2.1 工作性能指标

为评价在役桥梁横向的协同工作性能，需要定义一种新型的评价指标，该方法需要具备一定的科学性和普适性。若桥梁横向构件破坏，各片梁在外盒在作用下的力学响应也会随之改变，横向联系破坏信息必含在两片梁的力学响应中。该评价指标从梁底应变响应测量信息中提取反映结构特征变化，即通过定义相邻梁底动应变相关系数作为梁桥横向协同工作性能指标[1]，以反映各片梁间的连接强弱。该指标定义为统一横截面上各梁梁底中点纵向应变的相关系数：

该方法的科学性经过相关理论推导和数值仿真实验论证[1-2]，指标具有统计稳定性，不会受短期外荷载的改变而改变，横向连接的相对刚度是唯一可能导致指标变化的原因。因此，该指标可以方便用于计算运营桥梁横向连接的性能。

2.2 应变数据预处理

应变长期监测受结构温度影响较大，监测数据常伴有趋势性的温度影响项。为更准确计算横向协同工作指标，排除掉温度的因素（温度对各片梁的影响可能不一致）。通常的做法是对监测到的应变数据，利用MATLAB进行简单的去除温度趋势和降噪的预处理。

2.3 指标系数矩阵计算

为验证该指标的合理性，采用一段该桥的实测数据，经过预处理后，计算（i，j=1…7）整个矩阵的值。矩阵中越接近主对角线的点，其值越接近于1，这也意味着两片梁靠得越近，其应变数据反馈出的数据相关性越好，说明结构受力越均匀、合理;相反的，若两片梁距离较远，明显可以看到的计算值越接近于0，二者之间数据相关性较低。指标系数矩阵的计算结果，一方面与工程常识相符，另一方面也说明该桥监测的应变数据精度较高。

2.4 相邻两片梁协同工作性能评估

只取相邻两片梁的应变监测数据，利用上文提到的指标系数计算方法计算。为避免数据偶然性对结果造成的影响，对该桥六个月的横向协同工作性能指标进行了计算。计算分析表明，该桥的指标系数结果皆位于0.81～0.96区间内，相邻两片梁受力均匀，桥梁横向整体性良好。

此外，可以用一种原始的方法对指标系数计算的结果进行验证。即将相邻两片梁未经任何处理的应变数据，画在同一幅图上，通过线性相关性分析，可大致判断相邻两片梁之间联系的健康状态。结果表明，该桥相邻两片梁应变原始数据的线性拟合曲线斜率都在0.9～1.1之间，说明该桥相邻两片梁之间的联系健康状况良好，与上文中指标系数计算的结果一致。同时，该桥的定期人工检测结果也显示，横向构件均无明显的病害发生。

3结束语

本文以广东某高速桥梁实测的半年数据，对基于应变数据的桥梁横向协同工作性能分析与评价进行了一定的探索。该方法经过严格的理论推导，也通过有限元模拟车辆流的验证，但在实桥上验证的案例较少。因为通常情况下，中小桥出于经济因素，较少配备结构健康监测系统，故该案例较为难得。结果表明，该桥进行应变监测的两个跨中截面，横向整体工作性能良好，相邻两片梁之间受力均衡。该结果也与该桥定期人工检测的结果一致。实践表明，该方法简单直观，可以有效用于已安装桥梁结构健康监测系统的多梁式T梁结构的横向协同工作性能评估。

参考文献

[1] 周良，闫兴非，赵一鸣，等. 基于动应变监测的板梁桥铰缝状态安全评估[J]. 中国市政工程，2018（5）：12-14.

[2] 杜晶.在役T型梁桥横向联系损伤的动静力参数分析[D].北京：北京交通大学，2018.

作者简介

林宏磊（1994-），男;学历：硕士研究生，职称：助理工程师，现就职单位：广东交科检测有限公司，研究方向：桥梁健康监测技术。