淺談多梁式T梁橋橫向協(xié)同工作的監(jiān)測(cè)與評(píng)估

摘 要 本文以廣東某高速公路一簡(jiǎn)支T梁橋?yàn)楣こ瘫尘埃脴蛄航Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)變數(shù)據(jù)和一種橫向協(xié)同工作性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了在不封閉交通的情況下，對(duì)在役橋梁的橫向協(xié)同工作性能進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果顯示，該方法可以有效應(yīng)用于多梁式T梁橋的橫向協(xié)同工作性能評(píng)價(jià)，適用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)一步數(shù)據(jù)挖掘。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè);動(dòng)應(yīng)變;橫向協(xié)同工作性能

引言

橋梁可以跨越江河湖海，是交通設(shè)施互相連通的咽喉，在交通運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用。我國(guó)公路橋梁事業(yè)處于飛速發(fā)展的階段，截至2018年底，全國(guó)公路橋梁超80萬座，其中廣東省的公路里程和橋梁數(shù)目更是常年位于全國(guó)之首。

周良[1]等將其應(yīng)用于上海市某市政橋梁，通過相關(guān)計(jì)算發(fā)現(xiàn)了鉸縫的可能存在病害，并在現(xiàn)場(chǎng)得到了驗(yàn)證。杜晶[2]通過動(dòng)載試驗(yàn)、模擬橋梁損傷，基于撓度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)橋梁橫向聯(lián)系的損傷識(shí)別。

本文以廣東省某高速路一多梁體系梁橋作為工程背景。介紹了基于動(dòng)應(yīng)變監(jiān)測(cè)的橋梁橫向協(xié)同工作性能指標(biāo)，并且利用該橋?qū)崪y(cè)的長(zhǎng)期動(dòng)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其橫向整體性進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算和分析評(píng)估。

1工程概況

該橋地處丘陵地帶，為分離式雙幅橋，跨徑組合為6×25m（先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或連續(xù)剛構(gòu)T 梁），全長(zhǎng)156.04m。定期檢查資料顯示，該橋主要病害表現(xiàn)在多跨T梁腹板存在大量豎向裂縫，越靠近跨中越密集。管理單位及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)，為全面了解修補(bǔ)后橋梁結(jié)構(gòu)的情況，在病害較為嚴(yán)重的第一、二跨布置了三個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)截面。在每個(gè)截面布置14個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器以及5個(gè)光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，主要監(jiān)測(cè)翼板和梁底的縱向應(yīng)變。系統(tǒng)采樣頻率為20Hz，數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至云，計(jì)劃幾年內(nèi)不間斷采集數(shù)據(jù)。

2橫向協(xié)同工作性能指標(biāo)計(jì)算及評(píng)估

2.1 工作性能指標(biāo)

為評(píng)價(jià)在役橋梁橫向的協(xié)同工作性能，需要定義一種新型的評(píng)價(jià)指標(biāo)，該方法需要具備一定的科學(xué)性和普適性。若橋梁橫向構(gòu)件破壞，各片梁在外盒在作用下的力學(xué)響應(yīng)也會(huì)隨之改變，橫向聯(lián)系破壞信息必含在兩片梁的力學(xué)響應(yīng)中。該評(píng)價(jià)指標(biāo)從梁底應(yīng)變響應(yīng)測(cè)量信息中提取反映結(jié)構(gòu)特征變化，即通過定義相鄰梁底動(dòng)應(yīng)變相關(guān)系數(shù)作為梁橋橫向協(xié)同工作性能指標(biāo)[1]，以反映各片梁間的連接強(qiáng)弱。該指標(biāo)定義為統(tǒng)一橫截面上各梁梁底中點(diǎn)縱向應(yīng)變的相關(guān)系數(shù)：

該方法的科學(xué)性經(jīng)過相關(guān)理論推導(dǎo)和數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)論證[1-2]，指標(biāo)具有統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性，不會(huì)受短期外荷載的改變而改變，橫向連接的相對(duì)剛度是唯一可能導(dǎo)致指標(biāo)變化的原因。因此，該指標(biāo)可以方便用于計(jì)算運(yùn)營(yíng)橋梁橫向連接的性能。

2.2 應(yīng)變數(shù)據(jù)預(yù)處理

應(yīng)變長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)受結(jié)構(gòu)溫度影響較大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)常伴有趨勢(shì)性的溫度影響項(xiàng)。為更準(zhǔn)確計(jì)算橫向協(xié)同工作指標(biāo)，排除掉溫度的因素（溫度對(duì)各片梁的影響可能不一致）。通常的做法是對(duì)監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變數(shù)據(jù)，利用MATLAB進(jìn)行簡(jiǎn)單的去除溫度趨勢(shì)和降噪的預(yù)處理。

2.3 指標(biāo)系數(shù)矩陣計(jì)算

為驗(yàn)證該指標(biāo)的合理性，采用一段該橋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理后，計(jì)算（i，j=1…7）整個(gè)矩陣的值。矩陣中越接近主對(duì)角線的點(diǎn)，其值越接近于1，這也意味著兩片梁靠得越近，其應(yīng)變數(shù)據(jù)反饋出的數(shù)據(jù)相關(guān)性越好，說明結(jié)構(gòu)受力越均勻、合理;相反的，若兩片梁距離較遠(yuǎn)，明顯可以看到的計(jì)算值越接近于0，二者之間數(shù)據(jù)相關(guān)性較低。指標(biāo)系數(shù)矩陣的計(jì)算結(jié)果，一方面與工程常識(shí)相符，另一方面也說明該橋監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)精度較高。

2.4 相鄰兩片梁協(xié)同工作性能評(píng)估

只取相鄰兩片梁的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用上文提到的指標(biāo)系數(shù)計(jì)算方法計(jì)算。為避免數(shù)據(jù)偶然性對(duì)結(jié)果造成的影響，對(duì)該橋六個(gè)月的橫向協(xié)同工作性能指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算分析表明，該橋的指標(biāo)系數(shù)結(jié)果皆位于0.81～0.96區(qū)間內(nèi)，相鄰兩片梁受力均勻，橋梁橫向整體性良好。

此外，可以用一種原始的方法對(duì)指標(biāo)系數(shù)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。即將相鄰兩片梁未經(jīng)任何處理的應(yīng)變數(shù)據(jù)，畫在同一幅圖上，通過線性相關(guān)性分析，可大致判斷相鄰兩片梁之間聯(lián)系的健康狀態(tài)。結(jié)果表明，該橋相鄰兩片梁應(yīng)變?cè)紨?shù)據(jù)的線性擬合曲線斜率都在0.9～1.1之間，說明該橋相鄰兩片梁之間的聯(lián)系健康狀況良好，與上文中指標(biāo)系數(shù)計(jì)算的結(jié)果一致。同時(shí)，該橋的定期人工檢測(cè)結(jié)果也顯示，橫向構(gòu)件均無明顯的病害發(fā)生。

3結(jié)束語

本文以廣東某高速橋梁實(shí)測(cè)的半年數(shù)據(jù)，對(duì)基于應(yīng)變數(shù)據(jù)的橋梁橫向協(xié)同工作性能分析與評(píng)價(jià)進(jìn)行了一定的探索。該方法經(jīng)過嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，也通過有限元模擬車輛流的驗(yàn)證，但在實(shí)橋上驗(yàn)證的案例較少。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，中小橋出于經(jīng)濟(jì)因素，較少配備結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故該案例較為難得。結(jié)果表明，該橋進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)的兩個(gè)跨中截面，橫向整體工作性能良好，相鄰兩片梁之間受力均衡。該結(jié)果也與該橋定期人工檢測(cè)的結(jié)果一致。實(shí)踐表明，該方法簡(jiǎn)單直觀，可以有效用于已安裝橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多梁式T梁結(jié)構(gòu)的橫向協(xié)同工作性能評(píng)估。

參考文獻(xiàn)

[1] 周良，閆興非，趙一鳴，等. 基于動(dòng)應(yīng)變監(jiān)測(cè)的板梁橋鉸縫狀態(tài)安全評(píng)估[J]. 中國(guó)市政工程，2018（5）：12-14.

[2] 杜晶.在役T型梁橋橫向聯(lián)系損傷的動(dòng)靜力參數(shù)分析[D].北京：北京交通大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介

林宏磊（1994-），男;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：助理工程師，現(xiàn)就職單位：廣東交科檢測(cè)有限公司，研究方向：橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)。