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中小跨径桥梁安全监测及主要监测内容

2020-4-20 15:09

随着桥梁种类的不断丰富、功能的不断增多,桥梁的数量也在不停地上升中。

桥梁,一般指架设在江河湖海上,使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业,桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物,是交通事业中重要的组成部分。

随着桥梁种类的不断丰富、功能的不断增多,桥梁的数量也在不停地上升中。然而,随着桥梁工程结构在环境侵蚀、材料老化和超载及荷载的长期效应、疲劳效应和突变效应等灾害因素的共同作用下,将不可避免地导致结构系统的损伤累积和抗力衰减,从而导致抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降,而且有的结构损伤可能扩展很快,极端情况下易引发灾难性的突发事故,甚至威胁影响人民的生命财产安全。 因此,对桥梁进行安全监测是十分必要的。

一、桥梁病害

首先,上部结构。对于桥梁结构来说,最明显、直观的病害表现,便是裂缝。裂缝的存在会降低混凝土结构的整体性,同时降低对钢筋的保护作用易引起钢筋锈蚀。在桥梁结构中,上部结构中梁底是我们最容易看到裂缝的地方,而效果较好的便是预应力碳纤维板加固预应力碳纤维板是一种主动的加固材料,由于预应力的作用,能够有效的改善梁体的受力状态并且充分地发挥碳纤维板的力学性能。在预应力加固方法中,预应力碳板有更高的抗拉强度、抗腐蚀性能,同时施工工序简单、工期短,因此预应力碳板在桥梁的底部加固中已经得到了广泛的运用)。

梁底裂缝是桥梁上部结构病害中的一种,还有一种比较常见的病害即是伸缩缝的损坏。伸缩缝的损坏会严重影响桥上行驶的舒适性,而选用常规方式修复处理又会延长工期阻碍交通。这时即可以采用卡本的弹性混凝土进行修复,施工5小时即可恢复通车,对交通影响极小。

其次,下部结构。对于下部结构经常或长期处于水中的桥梁来说,墩柱也是发生容易病害的结构之一。桥梁墩柱遭受水流的冲刷腐蚀,会造成混凝土的脱落甚至钢筋外露的情况。

二、监测因素的选择

应力监测的考虑

桥梁结构的应力监测是通过对应变监测间接实现,主要监测桥梁结构关键截面的受力情况,以了解结构的长期或瞬态的受力情况。应力监测是反映桥梁结构在荷载作用下构件局部受力与破坏状况的关键指标,通过对关键受力截面监测,能直接了解各测点的应力状态,从而为桥梁的承载能力、营运状态和耐久能力提供依据,还能通过控制点上应力状态的变异来判断桥梁结构是否出现损伤。应力作为监测指标,不仅可以作为后期桥梁预警的实测值与阈值进行对比,同时可以与规范值进行对比,分别从截面和材料两个层次可以对桥梁作出相对更为明确的判断。

振动监测的考虑

桥梁的整体振动特性(自振频率和振型)与桥梁结构的刚度、质量及其分布有关是表征结构整体状态的一个重要参量,通过对桥梁结构整体振动特性的监测,能从整体上把握桥梁结构的健康状态,并能反应桥梁结构承载能力的退化过程。桥梁动力特性参数(频率、振型和阻尼等)和振动水平(振动强度和幅值)是桥梁整体安全的标志,桥梁材料强度的退化会引起结构振动特性的改变,例如桥梁结构刚度的降低会引起桥梁自振频率的降低,桥梁局部振型的改变可能预示着结构局部损坏。

挠度监测的考虑

桥梁恒载作用下桥梁线形是桥梁整体安全状态的重要标志,可以间接反映桥梁的继续承载能力。活载作用下,桥梁挠度是评价桥梁使用功能和安全性的重要指标之一,是桥梁整体刚度的重要标志。通过对桥梁挠度的监测,可以从整体上把握桥梁健康和安全状态。

裂缝监测的考虑

混凝土桥梁的病害发展、性能退化及结构失效通常源于裂缝的发生和发展,混凝土裂缝产生的原因有很多,有很多不影响结构强度,但是有部分会影响结构强度,同时可能会加快结构强度降低的速度。因此,有必要对裂缝进行监测,尤其是超过规范要求的裂缝等。

三、技术部署

桥梁监测的流程路径为:针对桥梁情况和监测需求,将应变计、加速度传感器、静力水准仪、裂缝计等传感器直接部署在桥梁结构的关键位置,通过传感器实现数据的即时采集,并通过运营商网络无线数传终端实现LoRa/DTU/NB-IoT等传输设备将数据上传至服务器,并及时展示在监控平台或者大屏上,实现数据采集、分析、展示、预警、评估等功能。

通过对桥面应变、振动、挠度、裂缝等多类指标的在线采集与分析,实现了桥梁运维安全相关要素的24小时不间断实时监测。在数据可视化平台的统一管理 下,以计算机等终端设备均可随时随地查看桥梁的运行状态。在人工巡检间隔期内,在夜间、恶劣天气等条件下,数据在线采集机制可提供实时、持续、稳定的监管支持,通过对应变、振动、挠度、裂缝等要素的关联分析可进一步了解结构在-定时期内的工作状态和性能变迁趋势。及时发现和预警桥梁潜在的危险,为桥梁的安全运营、管理和养护维修提供科学的数据支持。

综上所述,以应力、振动、挠度、裂缝等要素来作为中小跨径桥梁的监测内容,以实现对中小跨径桥梁的安全预警。

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