基于建養(yǎng)一體化理念的鋼混疊合梁橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)研究

李維俊

（無錫交通建設(shè)工程集團(tuán)有限公司， 江蘇 無錫 214100）

0 前言

目前我國對(duì)于鋼混疊合梁橋的研究大多集中于索結(jié)構(gòu)橋梁、異形橋梁等復(fù)雜橋梁[1-3]，對(duì)于信息化監(jiān)控較多停留在數(shù)據(jù)采集階段，而對(duì)于如何分析監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)工程施工的指導(dǎo)與決策仍處于空白。國內(nèi)對(duì)橋梁施工過程中監(jiān)測(cè)，以及運(yùn)營后的健康監(jiān)測(cè)均有相應(yīng)的研究[4-6]，但如何實(shí)現(xiàn)施工與運(yùn)營期監(jiān)測(cè)一體化，利用全過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析同樣處于研究空白。

以鎮(zhèn)澄路中段（諫壁閘橋至鶯歌橋段）的拓寬改造工程中60m鋼混疊合梁橋?yàn)橐劳?，在分析鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開展橋梁從施工期到運(yùn)營期全過程的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)研究，通過對(duì)橋梁長期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，為類似橋梁的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)提供參考。

1 鋼混疊合梁的特點(diǎn)及建模分析

1.1 鋼混疊合梁的特點(diǎn)

鋼混疊合梁橋的橋面板混凝土和鋼梁之間線膨脹系數(shù)有差異，當(dāng)組合梁橋跨徑較大時(shí)，溫度效應(yīng)使得兩者出現(xiàn)變形差，當(dāng)該種變形差跟荷載作用導(dǎo)致的變形差累加量超越了剪力鍵的承受范圍，鋼梁與混凝土橋面板之間出現(xiàn)相對(duì)滑移，造成梁端剪力連接件出現(xiàn)大的變形；當(dāng)橋梁需要經(jīng)常承受重載超載車輛時(shí)，因?yàn)榭v向剪力太大以及疲勞應(yīng)力幅也過大，使得剪力連接件被剪斷，發(fā)生類似情況時(shí)組合梁已經(jīng)退化為疊合梁，失去整體工作性能。因此，對(duì)于鋼混疊合梁橋，除了結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、結(jié)構(gòu)線形、溫度變化等，鋼-混結(jié)合面的滑移情況也需要重點(diǎn)關(guān)注。

1.2 鋼混疊合梁的建模分析

采用栓單元梁格，對(duì)60m跨徑簡支疊合梁模擬建模分析，通過模擬計(jì)算，分析橋梁施工期及運(yùn)營期監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

（1）主梁應(yīng)力分析

在應(yīng)力分析過程中，以主梁就位、二期、移動(dòng)荷載為主要工況進(jìn)行分析，各工況分析模型如圖1～圖3，應(yīng)力分布情況如圖4。

圖1 主梁就位累計(jì)應(yīng)力圖

圖2 二期累計(jì)應(yīng)力圖

圖3 移動(dòng)荷載作用下應(yīng)力圖

圖4 各個(gè)施工工況下跨中截面應(yīng)力圖

（2）主梁變形分析

在變形分析過程中，同樣以主梁就位、二期、移動(dòng)荷載為主要工況進(jìn)行分析，各工況分析模型如圖5～圖7，變形情況如圖8。

圖5 就位累計(jì)變形圖

圖6 二期累計(jì)變形圖

圖7 移動(dòng)荷載作用下變形圖

圖8 各個(gè)工況下主梁變形值

從模擬建模分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在就位、二期和活載工況下，疊合梁橋跨中截面變形大于其他截面變形，4#、5#梁的跨中變形大于其他梁的跨中變形。因此，在施工期及運(yùn)營期監(jiān)測(cè)中，將重點(diǎn)關(guān)注跨中部位，尤其是4#、5#梁的跨中部位。

2 鋼混疊合梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)內(nèi)容分析

鋼混疊合梁的全過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三部分組成，第一部分是傳感器采集設(shè)備，采集模塊收集數(shù)據(jù)信息，通過無線傳輸?shù)降诙糠挚刂浦行?，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析，自動(dòng)生成報(bào)表，利用服務(wù)器發(fā)送結(jié)果到第三部分電腦端。

圖9 全過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.1 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

為了跟蹤最不利截面應(yīng)力的變化，保證結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)驗(yàn)證應(yīng)力的分布規(guī)律是否與設(shè)計(jì)假定近似，在疊合梁關(guān)鍵受力部位進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。根據(jù)諫壁大橋的結(jié)構(gòu)形式和建模模擬結(jié)果，共布置6個(gè)應(yīng)變（應(yīng)力）測(cè)點(diǎn)，分別位于鋼箱梁底板、頂板、混凝土橋面板上層鋼筋處，應(yīng)變（應(yīng)力）測(cè)點(diǎn)布置如圖10所示。監(jiān)測(cè)工況有預(yù)制主梁（無應(yīng)力狀態(tài)）、主梁就位、施工結(jié)構(gòu)間橫梁、施工濕接縫、二期恒載。

圖10 跨中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置橫斷面圖

2.2 滑移監(jiān)測(cè)

對(duì)于鋼-混凝土疊合梁，兩種材料剛度不同在鋼箱與混凝土板連接部位會(huì)產(chǎn)生掀起效應(yīng)，由于截面上的剪力釘數(shù)量眾多，在共同承受剪力時(shí)，兩邊剪力釘?shù)募袅?huì)比中間剪力釘大，兩邊剪力釘會(huì)早于中間剪力釘而破壞，故需要對(duì)鋼混連接部位的滑移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，諫壁大橋共布置2個(gè)滑移測(cè)點(diǎn)，位于現(xiàn)澆混凝土橋面板端部，滑移測(cè)試截面縱向布置如圖11，滑移測(cè)點(diǎn)布置如圖12所示。

圖11 滑移測(cè)試截面縱向布置圖

圖12 滑移測(cè)試截面橫斷面圖

2.3 變形監(jiān)測(cè)

對(duì)于鋼混疊合梁，主梁變形主要監(jiān)測(cè)的是疊合梁。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果選取測(cè)試梁體，每片梁8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位于箱梁底板，測(cè)量工況與應(yīng)變監(jiān)測(cè)相同，測(cè)量采用智能傾角儀測(cè)量。主梁變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)縱向布置如圖13所示。

圖13 變形測(cè)點(diǎn)縱向布置圖

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)線形分析

監(jiān)測(cè)主梁變形，主要是監(jiān)測(cè)鋼混疊合梁的線形變化。圖 14是諫壁大橋建成半年內(nèi)的橋梁整體的線形變化曲線。

圖14 諫壁大橋(北幅)建成半年內(nèi)的線形變化圖

從上圖可以看出，橋梁整體線形良好，呈對(duì)稱分布，符合理論計(jì)算結(jié)果。結(jié)合諫壁大橋線型報(bào)警指標(biāo)值，橋梁撓度變化均在安全范圍內(nèi)，橋梁撓度滿足要求。

3.2 疊合梁滑移分析

對(duì)于鋼-混凝土疊合梁，兩邊剪力釘會(huì)早于中間剪力釘而破壞。因此，主要監(jiān)測(cè)現(xiàn)澆混凝土橋面板端部的滑移，圖 15是諫壁大橋建成半年內(nèi)的橋面板端部滑移變化情況。

圖15 諫壁大橋(北幅) 建成半年內(nèi)的滑移曲線

3.3 鋼箱梁應(yīng)變分析

為了跟蹤最不利截面應(yīng)力的變化，保證結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)驗(yàn)證應(yīng)力的分布規(guī)律是否與設(shè)計(jì)理論吻合，在疊合梁關(guān)鍵受力部位進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，圖16是諫壁大橋（北幅）鋼-混疊合梁橋箱梁跨中截面應(yīng)變曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)除個(gè)別點(diǎn)外，鋼箱梁主要承受拉應(yīng)力。

圖16 諫壁大橋(北幅)建成半年內(nèi)鋼箱梁應(yīng)變變化曲線圖

4 小結(jié)

依托鎮(zhèn)澄路中段（諫壁閘橋至鶯歌橋段）的拓寬改造工程中60m鋼混疊合梁橋，布設(shè)全過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼混疊合梁的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并實(shí)時(shí)分析橋梁狀態(tài)的目標(biāo)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到豐富的數(shù)據(jù)樣本，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，達(dá)到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)自動(dòng)、實(shí)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)，為今后類似橋梁的全過程監(jiān)測(cè)提供借鑒。