公路橋梁健康監測技術應用

程 詠 春

(中交路橋建設有限公司，北京 100010)

1 公路橋梁目前的問題和挑戰

由于工程建設中，材料缺陷及設計或者施工等因素的影響，如何進行科學合理的工程鑒定是一個需要優化的問題。工程建設項目不像汽車零件那樣可以進行單個試件的破壞來確定質量是否合格，所以通過非破壞性試驗檢測技術對工程領域來說是一個相對較為可實現的操作方式[1]。通過這種方式，可以評價出工程質量是否有缺陷，同時還是工程質量管理的組成部分。其重要性主要體現在[2]：對新技術的推廣應用具有一定的價值，通過試驗驗證，保證計劃的可行性；通過對工程當地的材料進行現場試驗手段，驗證現場的工程材料是否可以直接應用于當地項目；通過試驗檢測也可以對工程質量的評定起到一定的驗證作用。

不過目前路橋試驗檢測也存在一些難題[3,4]：查驗的樣品和實際工程中的試件材料不能保證一致，如此查驗的結果對工程就失去指導意義；監理工作實施不到位，不少施工單位為節省開支，偷工減料，但現場監理由于存在形式主義，沒有發揮應有的監管作用；抽查的樣品結果送檢晚，施工工序的進行往往在結果出來之前就已經進入下一步，使得試驗檢驗在現實工程中起不到實質作用。

2 公路橋梁監測解決方案

對于公路橋梁，國內外橋梁安全事故經驗教訓表明：當橋梁使用10年～20年時，其設計及施工時的缺陷大部分會暴露出來，同時公路橋梁的安全問題也因長期運營而累積的疲勞和損傷開始凸顯，此時易發生安全事故。該情況下，可對需要長期監測的公路橋梁進行自動化監測。自動化監測的優勢見表1。在此需要說明的是，要進行自動化監測，除了相應的傳感器外，自動化監測系統也是很重要的一環。要實現公路橋梁項目的全壽命周期監測，就要求監測系統能同時滿足施工期和運營期的要求，并且可根據不同傳感器的數據情況予以及時遠程接收，實現數據的統一化管理和分析。

表1 自動化監測優勢

知物云監測系統是目前國內自動化監測領域相對功能較為齊全的監測平臺，其具備界面友好性、功能開發性、權限完善性等特點，可實現多個結構物在同一個平臺上同時監測的效果，并且跟市場上各種信號的傳感器形成了無縫對接，從而實現多項目的統一管理，使得海量數據的分析、評估等工作更加高效便捷。平臺功能有遠程數據接收、數據異常告警、定時報表生成、數據分析對比、數據預測等，尤其是平臺融入了AI技術和BIM模型的對接，適合公路橋梁監測項目的應用。

3 監測實例

清江大橋主橋采用單跨雙鉸鋼桁架懸索橋方案，孔跨布置為2×25 m(T梁)+420 m(單跨雙鉸懸索橋)+3×25 m(T梁)。橋梁起點樁號 K17+396.000，橋梁終點樁號K17+957.000，橋梁全長 561 m，橋梁凈寬：1.5 m(人行道)+8 m(車行道)+1.5 m(人行道)，見圖1。

溫度的變化及跨度的不同會對基準索股的線形產生影響，監控計算應給出各種溫度下和跨度變化下的線形控制表或經檢驗的公式或計算程序供施工單位使用。

對索塔的應力監測可以掌握應力狀態；同時對索塔的橫向偏位進行線形測量，主要以觀測為主，掌握其變化規律；索塔完成后，選擇具有典型代表意義的天氣，對索塔塔頂位移進行24 h連續觀測。

另外，需要對索塔進行靜態變形監測。索塔變形測量包括觀測的時間、空氣溫度、索塔陰陽面混凝土表面的溫度和索塔在順橫橋向方向的位移量，而且必須連續觀測24 h以上，從而獲取索塔變形量隨時間和溫度變化的數學模型，最后根據這一數學模型，推求任一時間的變形量，以掌握其變形的規律，如圖2，圖3所示。

隨著橋面一、二恒的逐步加載，荷載量越來越大，橋塔受到的水平力逐步增大，因此在進行整個上部結構施工過程中，均應進行索塔底部應力監測，作為塔頂頂推的控制參數之一。索塔位移監測與索塔應力監測，是確定現場主索鞍頂推的關鍵性指標之一，因此在桁架梁吊裝過程需持續監測索塔頂部位移。利用知物云在線監測系統，監測的應變、溫度、位移結果見圖4～圖6。

從監測結果看，選取兩個測點的應變結果(如圖4所示)進行查看，應變的波動范圍基本處于100 με范圍內，說明索塔的應變變化較為平緩，測點無明顯受力突變。溫度監測結果(如圖5所示)說明內外溫度變化趨勢基本一致，測點外溫度高于測點內溫度，符合實際。索塔的位移變化(如圖6所示)基本處于穩定的范圍內，通過變形結果判斷結構安全。

4 結語

公路橋梁質量事關交通安全和人民的生命安全，環境、施工過程、人為因素等會對橋梁的工作狀態和使用壽命產生影響，尤其是近年來新材料、新技術、新工藝和新結構的應用，提高了橋梁的承載能力，但理論計算和實際結構受力特性存在差異，因此通過自動化監測系統對其每個階段進行實施自動化監測分析，尤其是施工階段，利用客觀準確的監測數據來評判橋梁是否處于安全狀態，可以極大提高工程效率，監測數據與理論計算的結果對比，隨時調整施工進展，保證結構實際狀態與設計匹配或接近，并在異常數據出現時，及時發現重點處理，為交通運輸和人員安全提供極大的便利。