橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)分析

文/曾德榮、毛訓(xùn)濤

1 前言

我國的橋梁事業(yè)發(fā)展速度非?？?，橋梁結(jié)構(gòu)形式愈加復(fù)雜，功能性逐步完善，人們對于當(dāng)前橋梁的質(zhì)量和壽命重視度也逐步提升。在橋梁投入運營比較長的時間后，有些結(jié)構(gòu)部分會導(dǎo)致嚴重的損傷和問題，因此我們需要加強橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測，做好必要的監(jiān)測管理工作，這是提升橋梁的應(yīng)用水平主要方式。如何進行橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測與安全檢查是當(dāng)前學(xué)術(shù)界討論的主要問題，也是工程領(lǐng)域研究的重點。在橋梁安全性檢測后，我們可以從客觀角度了解橋梁的工作狀態(tài)，評價橋梁的承載性能，為橋梁的正常運行以及橋梁維修加固處理提供良好的基礎(chǔ)。因此，橋梁安全檢測是非常重要的工作，同時它對于社會發(fā)展有著非常重要的作用。

2 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測作用分析

橋梁項目的工程量巨大，建設(shè)施工周期比較長，因此其安全性是非常重要的因素，也是橋梁施工單位管理的重點。橋梁在應(yīng)用過程中，因為存在環(huán)境侵蝕、載荷影響、疲勞效應(yīng)、材料老化等嚴重問題，極大影響了橋梁的正常應(yīng)用，其安全性也隨之下降；橋梁結(jié)構(gòu)在受到環(huán)境的全面影響下，導(dǎo)致老化、損傷的問題日益積累，造成結(jié)構(gòu)損壞嚴重，甚至出現(xiàn)嚴重的安全事故問題。因此，在橋梁的運行中，我們需要加強運行狀態(tài)的檢測，了解其安全性是否存在缺陷和問題，明確其服務(wù)功能是否下降。在檢測中，要從如下幾個方面出發(fā)：

2.1 準確掌握橋梁狀態(tài)信息。如果橋梁狀態(tài)會給安全性產(chǎn)生不利影響，則可以采取必要封閉交通的方式，以避免受到侵蝕影響[1]。

2.2 掌握劣化程度。如果劣化形成原因沒有查明，且沒有采取必要措施，則會導(dǎo)致劣化更加嚴重，影響橋梁正常運營。

2.3 做好橋梁的完整性記錄與檢測，通過歷史記錄查詢了解橋梁狀態(tài)變化情況。

2.4 適當(dāng)檢測橋梁劣化狀態(tài)，實現(xiàn)橋梁維護計劃的制定和落實，提高維護管理水平。

2.5 采取必要維修管理措施，消除橋梁危害問題，提高橋梁安全性。

2.6 制定出切實可行的橋梁維修工作計劃。

3 工程概況

某橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計為（62+100+62）m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。上部結(jié)構(gòu)采取的是單箱單室的形式，各個部分的預(yù)應(yīng)力體系都能夠達到工程的標準要求。該項目在2010年正式投入運營，是該線路內(nèi)重點橋梁項目，但由于運營時間比較長，所以需要做好橋梁運行狀態(tài)的監(jiān)測工作。此外，常規(guī)記錄檢查與監(jiān)測結(jié)果分析，了解環(huán)境給橋梁項目造成的影響，可以及時進行隱患的預(yù)警和分析，發(fā)現(xiàn)缺陷問題導(dǎo)致原因，并采取應(yīng)對措施，提升橋梁運行的安全性。

4 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測方案

該橋梁項目經(jīng)過多年的運營，交通運行的情況比較惡劣，且由于通行量的增加，出現(xiàn)了嚴重的質(zhì)量問題。為了延長橋梁的使用壽命，我們需要全面采取措施進行安全監(jiān)測，綜合分析橋梁病害、人工檢測盲點、特殊事件等，考慮橋梁運行當(dāng)?shù)氐慕煌ㄇ闆r、環(huán)境特點，做好各個影響因素的分析；同時，結(jié)合該橋梁的運行實際情況，了解橋梁的特點，分析安全性監(jiān)測的內(nèi)容，主要包含變形、應(yīng)變、溫度、裂縫、人工檢查等各個方面。結(jié)構(gòu)監(jiān)測的重點就是做好截面應(yīng)力參數(shù)的分析，了解汽車荷載、溫度等原因，然后做好一定時間范圍內(nèi)的持續(xù)監(jiān)測，以了解應(yīng)力參數(shù)的變化實際情況，并通過理論數(shù)據(jù)計算出汽車效應(yīng)的影響，分析溫度場效應(yīng)的實際情況，同時在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測環(huán)節(jié)，在掌握工程實質(zhì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上對變化的參數(shù)進行全面控制，在分析季節(jié)性變化產(chǎn)生相關(guān)因素的同時，判斷應(yīng)力的變化情況[2]。從該橋梁的交通運行量數(shù)據(jù)進行分析，整個橋梁在每日的7∶00-18∶00 內(nèi)交通運行量比較大，車輛密集比較大，分布相對均勻，超限的車輛（總重55t 貨車或者單軸超過14t）日漸行駛的數(shù)量比較少，交通量相對較小，整個交通載荷的分布都是在比較合理范圍內(nèi)。

因此，我們需要做好該橋梁項目溫度參數(shù)的監(jiān)測?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫或者裂縫的形態(tài)出現(xiàn)了一定變化后，粘貼在裂縫周邊區(qū)域范圍內(nèi)的導(dǎo)電涂膜電阻也會出現(xiàn)一定變化。按照裂縫寬度尺寸的變化實際情況和導(dǎo)電涂膜變化參數(shù)的一定關(guān)系，形成分析模型，從而獲取所需要的涂料電阻值、環(huán)境因素等，并通過公式進行參數(shù)計算分析；結(jié)合每日監(jiān)測確定的數(shù)據(jù)信息，計算確定變化參數(shù)，形成曲線，以了解裂縫變化的速度，更好地分析其變化趨勢和規(guī)律。經(jīng)過各項數(shù)據(jù)分析，可以結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)規(guī)范做好橋梁狀態(tài)的評價分析。

5 橋梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力監(jiān)測

5.1 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

為了確保檢測數(shù)據(jù)的準確性，防止存在數(shù)據(jù)離散的問題，該橋梁在工程中嚴格執(zhí)行“四固定”原則，并明確具體的監(jiān)測人員，做好路線與數(shù)據(jù)等方面的控制。本次變形檢測通過徠卡TS30 全站儀開展該工作，數(shù)據(jù)精度比較高；根據(jù)實際情況我們需要確定具體的棱鏡與反射貼片，然后掌握位移量的技術(shù)參數(shù)。通過多次觀測后發(fā)現(xiàn)，以墩頂截面固定點作為觀測基點參數(shù)，可以很好地分析高程差距參數(shù)。測點初測應(yīng)該采取兩次檢測，計算其平均值參數(shù)，一般是每個季節(jié)進行一次數(shù)據(jù)測量?？缰攸c監(jiān)測需要24h 進行檢測，間隔1h 做好一次數(shù)據(jù)測量。經(jīng)過本次橋梁變形數(shù)據(jù)分析，與第一季度數(shù)據(jù)對比，橋梁中的豎向變形量為6mm 左右，橋梁變形也能夠得到有效的控制[3]。在結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測環(huán)節(jié)中，為了充分了解結(jié)構(gòu)變形的數(shù)據(jù)，并通過構(gòu)建模型的方式對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整優(yōu)化，就當(dāng)前而言，可以采用的BIM 技術(shù)，它是非常有效的一種方式，此技術(shù)具備可視化、建?；裙δ埽梢耘浜蠙z測功能的實施。

5.2 橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變（溫度）監(jiān)測

對于本次橋梁在測量中通過智能化表面數(shù)碼弦式應(yīng)變計的檢測，關(guān)鍵截面應(yīng)力（溫度）采用JMZR-2000 設(shè)備進行檢測，并形成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用該系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸與采集模塊，做好系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，且隨時進行數(shù)據(jù)的傳輸和使用，以做好數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分析，為整個項目的觀測提供良好的基礎(chǔ)。橋梁結(jié)構(gòu)的安全性分析可以通過安全度指標衡量分析；而各項指標的計算，則是應(yīng)用荷載、溫度效應(yīng)方面做好應(yīng)力計算包絡(luò)圖上、下限。另外，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，Y2、Y5 截面有些時間段內(nèi)安全性超過100，其他各個界面的安全性在監(jiān)測時不足80，所以橋梁的安全性符合要求。通過從這些方面分析發(fā)現(xiàn)，整個橋梁的安全性處于良好的范圍內(nèi)，可以滿足當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\行需要[4]。除此之外，在結(jié)構(gòu)應(yīng)變溫度監(jiān)測的環(huán)節(jié)，我們還考慮溫度的變化性質(zhì)；另外，監(jiān)測方式需要通過安全技術(shù)處理的方式進行操作，即在保證溫度滿足工況要求的基礎(chǔ)上測定安全結(jié)構(gòu)應(yīng)變能力，并使其能夠達到規(guī)定的取值。

5.3 典型裂縫監(jiān)測

典型裂縫檢測主要是柔性導(dǎo)電材料表面涂刷一層材料進入裂縫內(nèi)開始分布式的檢測，通過對該涂料在具體裂縫中產(chǎn)生的電阻變化情況進行研究，根據(jù)電阻值在裂縫中的擴展，就可以掌握其裂縫是否存在擴展的問題，以此掌握變化的實際情況。本次橋梁的裂縫監(jiān)測布置情況可以見下表1。

表1 橋梁裂縫檢測布置

從裂縫的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，合攏的各個部分都產(chǎn)生了比較細小的裂縫問題，寬度沒有超過0.5mm，且沒有出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫問題，其他裂縫的涂膜檢測范圍內(nèi)也沒有出現(xiàn)預(yù)警信息。由于裂縫監(jiān)測環(huán)節(jié)中報警信息會因為涂膜范圍內(nèi)小微裂紋的情況而產(chǎn)生影響，因此今后還需要進行長期觀測，以獲取變形數(shù)據(jù)信息，充分分析橋梁的變形具體情況，為今后橋梁的質(zhì)量管理提供良好的基礎(chǔ)條件[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測應(yīng)該重點進行變形、應(yīng)變、裂縫等變化趨勢分析，通過相應(yīng)的儀器輔助人工方式進行重點結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，以了解橋梁的運行狀況，發(fā)現(xiàn)局部裂縫演變問題，預(yù)測未來的變化趨勢，整理與分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)，做出橋梁的運行狀態(tài)綜合性評價，為養(yǎng)護管理工作提供必要的支持，從而更好地促進橋梁的運行性能提升，保障交通運行安全。