预制T型梁桥支座结构脱空监测技术探究

卢振宏

（广深珠高速公路有限公司，广东 东莞 523925）

一、概述

预制T型梁桥梁体支座一旦出现脱空，一般将导致梁体受力不均，出现横向联系破坏等病害，甚至影响梁体结构安全。对于支座是否脱空及脱空程度等情况的掌握，一般是通过近距离肉眼或借助设备观察，该方式虽可明确支座的脱空状态，但往往需要借助辅助平台，且为临时短暂观察，很难及时获知支座脱空的实时状态或变化过程。借助相关传感设备，远程在线监测支座的脱空情况及其对梁体受力的影响，对判断结构安全具有重要意义。

二、支座脱空监测参数

本文结合一座常见的简支T梁桥，通过计算分析，确定受支座脱空影响较大的敏感参数及测点位置，敏感参数应综合测量方便、便于分析、直观敏感等因素确定。无论哪种形式的脱空对桥结构均有较大的不利影响，其特征点的参数（应力、位移、转角等）曲线与正常使用下的均不一致[1，2]，以此判断某个支座的脱空状态。

首先采用有限元计算的方法对某T型梁桥进行有限元计算，分析支座脱空所导致梁体横隔板（或翼缘板）破坏的特征点应力应变变化曲线，从而为监测方案制定及传感器布设提供量化指导。

（一）计算模型

以某预应力混凝土简支T梁桥为例，跨径布置为6m×30m。主梁横向布置情况与加载位置如图1所示。采用大型通用有限元程序ANSYS建立预应力混凝土T梁桥的实体结构模型，实体单元采用SOLID45，建立有限元模型。桥梁设计荷载为汽车—超20级，汽车荷载桥梁横向加载，汽车荷载加载采用车辆荷载。

图1 预应力混凝土T梁桥横向布置与加载位置

（二）敏感参数分析

预制拼装的T梁桥通过横隔板与翼缘板连接成整体，共同承担桥面荷载。

如横隔板损伤和翼缘板纵向接缝开裂，会削弱T型梁之间的横向连接性能，使各片T梁荷载分配比例发生变化，内力及位移增大。由于支座附近两端转角、梁底与垫石（或盖梁）间的位移直观且敏感，因此主要针对应变参数进行分析。

采用以下5种情况分析支座脱空导致的T梁损伤对梁底应力的影响：第三道横隔板失效（损伤一）；第四道横隔板失效（损伤二）；第五道横隔板失效（损伤三）；第三、四、五道横隔板失效（损伤四）；第二、三道翼缘纵向接缝全桥失效（损伤五）。

横隔板编号从一向另外一端递增编号，使接缝编号从左至右递增编号。分别计算荷载作用下各损伤工况下T梁跨中梁底纵桥向应力，具体计算结果如表1所示。

表1 横隔板及湿接缝损伤工况下跨中梁底应力（MPa）

相同荷载工况下，各主梁在不同损伤工况下跨中梁底的纵桥向应力，通过分析各梁应力变化情况可知：

损伤一、三、五对主梁跨中梁底荷载应力影响较小，损伤二、四对主梁跨中梁底荷载应力影响显著；

在同样荷载作用下，损伤二及损伤三引起主梁跨中底缘最大纵桥向荷载应力增大，如在损伤四情况下4号梁最大荷载应力相对无损伤工况时增大了1.2MPa；

相同工况下各梁的应力变化情况不一样，说明荷载应力的变化情况还受到荷载位置及形式的影响。

上述理论分析的结果为后期监测结果的判断提供了依据及参考。

三、监测系统构成

（一）监测传感器选型

光纤传感技术具有远距离传输、耐酸耐腐蚀、可服役于恶劣环境、抗电磁干扰等优点。该方案针对预制T型梁桥的支座脱空监测的特点与需求，提出采用光纤应变、倾角与位移传感器相结合的监测系统，且可通过串联方式连接，实现一纤多点监测，简化现场布线。

（二）测点布置

该方案拟将倾角传感器直接安装至梁体端部底部表面，安置固定基点以放置位移传感器的一端，其另一端安装于被测梁体的表面。从而评判T型梁桥在长期运营过程中的转角变形变化情况，为支座工作状态的评定提供依据。该传感器可同时测量两个方向的倾斜变化，从而通过解耦计算得出该点的倾斜方向与倾斜角度。

（三）总体系统组成

支座脱空自动化监测系统的总体设计思路为：以支座脱空超限与横隔板破坏的及时预警为目标。系统设计采用模块化结构，各子系统或子模板之间相互独立、有序融合。同时，自动化监测系统考虑将既有检测数据、规范限制全部纳入自动化监测系统数据库，用于修正结构计算分析模型及确定监测预警值。

（四）自动化数据采集监测子系统

自动化数据采集监测子系统通过传感器、数据采集、数据传输设备实时采集环境特征及T型梁桥结构响应数据，并通过数据处理和控制设备对采集的数据做在线预处理，为评价支座脱空提供数据基础，三个模块包括传感器模块、数据采集与传输模块和数据处理与控制模块。

（五）结构安全预警与综合评估子系统

结构安全预警与综合评估子系统运行初期，需建立科学的分级预警体系（评估支座完全脱空或不完全脱空），然后结合有限元计算与规范提供的限值和监测数据确定合理的预警阈值，实现在线分级预警。该子系统可分为结构状态评估模块、安全预警模块、阈值设定模块及档案信息管理等。

四、结语

本文通过对预制T型梁桥支座结构脱空监测系统探究，为桥梁安全监测提供参考。在线监控系统的构建更有利于减少人力成本，及时获知支座的工作状态，提升安全管理能力，可大幅降低管理、决策和养护成本，提升应急指挥能力。桥梁管理单位遇有突发事件及事故蔓延时，能够做到早期报警、先期处警、快速反应，用先进的指挥调度手段实现有序科学的应急管理，最大限度地降低经济损失，消除社会负面影响。