預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康監(jiān)測(cè)分析研究

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁由于施工簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在目前國(guó)內(nèi)公路橋梁中占有較大的比重。截至去年底，國(guó)內(nèi)共有各類預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁約143萬(wàn)余條，其中尤其以中、小跨徑梁橋居多，而這些橋梁大多沒(méi)有形成較為完備的健康監(jiān)測(cè)體系。同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁相比較于其他以非混凝土為結(jié)構(gòu)主體的橋梁類型，更易受到混凝土的時(shí)變（如收縮徐變等）影響，且相比于普通混凝土材料還具有一定的力學(xué)性能，所以對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁展開(kāi)健康監(jiān)測(cè)分析研究具有重要意義。

此外，當(dāng)前國(guó)內(nèi)針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的健康監(jiān)測(cè)并沒(méi)有統(tǒng)一、可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)或意見(jiàn)，且國(guó)外相關(guān)研究仍處于試驗(yàn)性或者待深入研究應(yīng)用階段，因而本項(xiàng)目具有一定的開(kāi)創(chuàng)性和試驗(yàn)推導(dǎo)性質(zhì)。通過(guò)對(duì)某中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋進(jìn)行各類數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，獲取關(guān)于橋梁健康狀態(tài)的各種重要參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析進(jìn)而得出相關(guān)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，本文還分析了一個(gè)完整的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程和各環(huán)節(jié)功能作用，并對(duì)相關(guān)的管理操作流程提出優(yōu)化建議。

1 工程概況

某中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋位于國(guó)內(nèi)南方內(nèi)陸城市，是城市環(huán)路的重要組成部分。其主橋全長(zhǎng)為763.56米，并分有左右兩幅橋（每幅橋均分有3聯(lián)）。該橋上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為主體結(jié)構(gòu)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪研究，其聯(lián)跨度分布為3122cm*3+2978cm*2+2897cm。橋?qū)捁灿?jì)1650cm，梁高1700cm，且各支點(diǎn)連接處均設(shè)置為橫梁結(jié)構(gòu)。在材料選取方面，均采用C50標(biāo)號(hào)混凝土，同時(shí)各預(yù)應(yīng)力鋼束均采用高強(qiáng)度低松鋼絞線，采用波紋管制孔。在施工方面，采取分節(jié)施工的方式，橋梁概況見(jiàn)圖1，橋梁的跨中截面和支點(diǎn)截面分別見(jiàn)圖2和圖3。

圖1 橋梁施工概況

圖2 橋梁跨中截面（單位：cm）

圖3 橋梁支點(diǎn)截面（單位：cm）

2 健康監(jiān)測(cè)方案

為有效監(jiān)測(cè)該橋梁健康狀況，在橋梁建成之后，采取多種方式以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的應(yīng)變、撓度和溫濕度等信息的較精準(zhǔn)識(shí)別監(jiān)測(cè)。

2.1 應(yīng)變檢測(cè)

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際與普適性，本試驗(yàn)采用振弦式應(yīng)變監(jiān)測(cè)傳感器來(lái)測(cè)量橋梁的應(yīng)變情況。之所以未采用光纖傳感器等，是考慮到大多采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的各類橋梁普遍為中、小型，后期維護(hù)保養(yǎng)預(yù)算并不是太充足，而光纖傳感器等經(jīng)濟(jì)性價(jià)比較低。

在試驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，選用橋體第一聯(lián)中的前三跨（即為00臺(tái)—01墩—02墩—03墩，見(jiàn)圖4）為監(jiān)測(cè)對(duì)象，并在這些部位的跨中和支點(diǎn)為傳感器埋設(shè)處（埋設(shè)點(diǎn)位見(jiàn)圖5）。

圖4 應(yīng)變監(jiān)測(cè)區(qū)間

圖5 應(yīng)變計(jì)放置圖示

通過(guò)在所選區(qū)間的每跨徑箱梁截面腹板的上、下緣放置應(yīng)變計(jì)，并采用扎絲的方式將其固定在檢測(cè)部位的鋼筋上。在放置完成后，還預(yù)留應(yīng)變傳感器的導(dǎo)線，試驗(yàn)共使用48臺(tái)應(yīng)變傳感器。在布設(shè)完應(yīng)變傳感器后，還為溫濕度傳感器預(yù)留了一定空間，以確保后續(xù)試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。

2.2 撓度監(jiān)測(cè)

在撓度監(jiān)測(cè)方面主要使用靜力水準(zhǔn)計(jì)來(lái)進(jìn)行衡量。通過(guò)分析靜力水準(zhǔn)計(jì)中不同腔體里面的液面高度差，來(lái)判斷所測(cè)量區(qū)域在垂直方向上的位移變化。這種測(cè)量方式簡(jiǎn)單穩(wěn)定，且便于長(zhǎng)期觀測(cè)。靜力水準(zhǔn)計(jì)的工作原理概圖如圖6所示。

圖6 靜力水準(zhǔn)計(jì)工作原理概圖

通過(guò)在被測(cè)橋體的前三跨的每個(gè)跨中截面處設(shè)置放置點(diǎn)，并額外設(shè)置一處基準(zhǔn)點(diǎn)，因此共計(jì)使用四臺(tái)靜力水準(zhǔn)計(jì)?？紤]到箱梁中內(nèi)部空間有限，因而靜力水準(zhǔn)計(jì)采用外掛設(shè)計(jì)，即放置在每跨箱梁腹板的右外側(cè)且在橋路面之下。靜力水準(zhǔn)計(jì)的固定方式見(jiàn)圖7。

圖7 靜力水準(zhǔn)計(jì)固定方式

2.3 溫、濕度及風(fēng)力和車流量等監(jiān)測(cè)

溫濕度監(jiān)測(cè)方案中，溫濕度傳感器除放置在被測(cè)橋體結(jié)構(gòu)中（放置位置與應(yīng)變監(jiān)測(cè)相同），還分別于橋梁兩側(cè)放置兩臺(tái)溫濕度監(jiān)測(cè)箱，用于測(cè)量環(huán)境溫、濕度。

風(fēng)力檢測(cè)則是在橋梁路面中心處樹(shù)立一個(gè)風(fēng)速計(jì)和風(fēng)向標(biāo)，用于記錄風(fēng)力信息。

車流量信息則主要依靠周邊交通數(shù)據(jù)分析和交管平臺(tái)公示。

雨雪情況則依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)紀(jì)錄。

3 結(jié)論分析

通過(guò)本試驗(yàn)對(duì)中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋的健康監(jiān)測(cè)分析來(lái)看，混凝土的收縮徐變?nèi)允怯绊戭A(yù)應(yīng)力混凝土健康情況的主要原因。同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁還受到橋體結(jié)構(gòu)、路面負(fù)載、車流量及溫濕度等影響。結(jié)合層次分析法及權(quán)重分析，得出預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康因素影響分布（見(jiàn)表1）。

表1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康因素影響分布

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)分析，該橋梁中預(yù)應(yīng)力混凝土的收縮徐變?cè)谇捌诎l(fā)展較為快速，尤其是在預(yù)應(yīng)力施加后的29d內(nèi)應(yīng)變急速增加，而后則發(fā)展較為緩慢。至第834d之后，收縮徐變已基本完成，相關(guān)數(shù)據(jù)變化不再明顯。此外，環(huán)境溫度和負(fù)載也對(duì)混凝土中的鋼筋預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生一定影響，同時(shí)在較低溫度下混凝土徐變速度會(huì)相應(yīng)降低。

在本次試驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)雖然預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有各種獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但由于其自身材質(zhì)和結(jié)構(gòu)原因，對(duì)于混凝土施工工藝和鋼筋放置方式等有較高的要求，需要施工人員具有一定的技術(shù)基礎(chǔ)并嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行。同時(shí)，盡可能保證在橋梁施工過(guò)程中，周邊的溫度、濕度等環(huán)境因素較為恒定，以保證混凝土前期的收縮穩(wěn)定。不同部位所承受的負(fù)載有一定區(qū)別，這也對(duì)橋梁的健康運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，特別是在后期運(yùn)行中面臨車流量較大、車輛超載等情況，這需要在橋梁設(shè)計(jì)之初便充分考量。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工便捷，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、后期維護(hù)保養(yǎng)成本較低，得到了較廣泛的使用。但針對(duì)此類型橋梁的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)卻發(fā)展相對(duì)緩慢，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成較為通用且規(guī)范有效的的健康監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系。本文依據(jù)國(guó)內(nèi)南方某內(nèi)陸城市中的中型預(yù)應(yīng)力混凝土跨徑梁橋健康監(jiān)測(cè)情況展開(kāi)分析論證，探究了影響其健康情況的各類因素?cái)?shù)據(jù)，并運(yùn)用管理學(xué)方法進(jìn)行權(quán)重分析和流程優(yōu)化建議。最后伴隨著國(guó)內(nèi)交通運(yùn)輸事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的相關(guān)研究和技術(shù)人才儲(chǔ)備情況會(huì)得到持續(xù)優(yōu)化，這將對(duì)于此類橋梁的健康監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。