橋梁結構安全監測技術分析

文/曾德榮、毛訓濤

1 前言

我國的橋梁事業發展速度非常快，橋梁結構形式愈加復雜，功能性逐步完善，人們對于當前橋梁的質量和壽命重視度也逐步提升。在橋梁投入運營比較長的時間后，有些結構部分會導致嚴重的損傷和問題，因此我們需要加強橋梁結構的質量檢測，做好必要的監測管理工作，這是提升橋梁的應用水平主要方式。如何進行橋梁結構的質量檢測與安全檢查是當前學術界討論的主要問題，也是工程領域研究的重點。在橋梁安全性檢測后，我們可以從客觀角度了解橋梁的工作狀態，評價橋梁的承載性能，為橋梁的正常運行以及橋梁維修加固處理提供良好的基礎。因此，橋梁安全檢測是非常重要的工作，同時它對于社會發展有著非常重要的作用。

2 橋梁結構安全監測作用分析

橋梁項目的工程量巨大，建設施工周期比較長，因此其安全性是非常重要的因素，也是橋梁施工單位管理的重點。橋梁在應用過程中，因為存在環境侵蝕、載荷影響、疲勞效應、材料老化等嚴重問題，極大影響了橋梁的正常應用，其安全性也隨之下降；橋梁結構在受到環境的全面影響下，導致老化、損傷的問題日益積累，造成結構損壞嚴重，甚至出現嚴重的安全事故問題。因此，在橋梁的運行中，我們需要加強運行狀態的檢測，了解其安全性是否存在缺陷和問題，明確其服務功能是否下降。在檢測中，要從如下幾個方面出發：

2.1 準確掌握橋梁狀態信息。如果橋梁狀態會給安全性產生不利影響，則可以采取必要封閉交通的方式，以避免受到侵蝕影響[1]。

2.2 掌握劣化程度。如果劣化形成原因沒有查明，且沒有采取必要措施，則會導致劣化更加嚴重，影響橋梁正常運營。

2.3 做好橋梁的完整性記錄與檢測，通過歷史記錄查詢了解橋梁狀態變化情況。

2.4 適當檢測橋梁劣化狀態，實現橋梁維護計劃的制定和落實，提高維護管理水平。

2.5 采取必要維修管理措施，消除橋梁危害問題，提高橋梁安全性。

2.6 制定出切實可行的橋梁維修工作計劃。

3 工程概況

某橋梁的上部結構設計為（62+100+62）m 變截面預應力混凝土連續箱梁。上部結構采取的是單箱單室的形式，各個部分的預應力體系都能夠達到工程的標準要求。該項目在2010年正式投入運營，是該線路內重點橋梁項目，但由于運營時間比較長，所以需要做好橋梁運行狀態的監測工作。此外，常規記錄檢查與監測結果分析，了解環境給橋梁項目造成的影響，可以及時進行隱患的預警和分析，發現缺陷問題導致原因，并采取應對措施，提升橋梁運行的安全性。

4 橋梁結構安全監測方案

該橋梁項目經過多年的運營，交通運行的情況比較惡劣，且由于通行量的增加，出現了嚴重的質量問題。為了延長橋梁的使用壽命，我們需要全面采取措施進行安全監測，綜合分析橋梁病害、人工檢測盲點、特殊事件等，考慮橋梁運行當地的交通情況、環境特點，做好各個影響因素的分析；同時，結合該橋梁的運行實際情況，了解橋梁的特點，分析安全性監測的內容，主要包含變形、應變、溫度、裂縫、人工檢查等各個方面。結構監測的重點就是做好截面應力參數的分析，了解汽車荷載、溫度等原因，然后做好一定時間范圍內的持續監測，以了解應力參數的變化實際情況，并通過理論數據計算出汽車效應的影響，分析溫度場效應的實際情況，同時在結構安全監測環節，在掌握工程實質內容的基礎上對變化的參數進行全面控制，在分析季節性變化產生相關因素的同時，判斷應力的變化情況[2]。從該橋梁的交通運行量數據進行分析，整個橋梁在每日的7∶00-18∶00 內交通運行量比較大，車輛密集比較大，分布相對均勻，超限的車輛（總重55t 貨車或者單軸超過14t）日漸行駛的數量比較少，交通量相對較小，整個交通載荷的分布都是在比較合理范圍內。

因此，我們需要做好該橋梁項目溫度參數的監測。混凝土結構裂縫或者裂縫的形態出現了一定變化后，粘貼在裂縫周邊區域范圍內的導電涂膜電阻也會出現一定變化。按照裂縫寬度尺寸的變化實際情況和導電涂膜變化參數的一定關系，形成分析模型，從而獲取所需要的涂料電阻值、環境因素等，并通過公式進行參數計算分析；結合每日監測確定的數據信息，計算確定變化參數，形成曲線，以了解裂縫變化的速度，更好地分析其變化趨勢和規律。經過各項數據分析，可以結合當前的技術規范做好橋梁狀態的評價分析。

5 橋梁結構變形和應力監測

5.1 結構變形監測

為了確保檢測數據的準確性，防止存在數據離散的問題，該橋梁在工程中嚴格執行“四固定”原則，并明確具體的監測人員，做好路線與數據等方面的控制。本次變形檢測通過徠卡TS30 全站儀開展該工作，數據精度比較高；根據實際情況我們需要確定具體的棱鏡與反射貼片，然后掌握位移量的技術參數。通過多次觀測后發現，以墩頂截面固定點作為觀測基點參數，可以很好地分析高程差距參數。測點初測應該采取兩次檢測，計算其平均值參數，一般是每個季節進行一次數據測量。跨重點監測需要24h 進行檢測，間隔1h 做好一次數據測量。經過本次橋梁變形數據分析，與第一季度數據對比，橋梁中的豎向變形量為6mm 左右，橋梁變形也能夠得到有效的控制[3]。在結構變形監測環節中，為了充分了解結構變形的數據，并通過構建模型的方式對相關參數進行調整優化，就當前而言，可以采用的BIM 技術，它是非常有效的一種方式，此技術具備可視化、建?；裙δ埽梢耘浜蠙z測功能的實施。

5.2 橋梁結構應變（溫度）監測

對于本次橋梁在測量中通過智能化表面數碼弦式應變計的檢測，關鍵截面應力（溫度）采用JMZR-2000 設備進行檢測，并形成整個系統的數據采集，應用該系統內的數據傳輸與采集模塊，做好系統的數據分析，且隨時進行數據的傳輸和使用，以做好數據庫系統的分析，為整個項目的觀測提供良好的基礎。橋梁結構的安全性分析可以通過安全度指標衡量分析；而各項指標的計算，則是應用荷載、溫度效應方面做好應力計算包絡圖上、下限。另外，通過數據分析發現，Y2、Y5 截面有些時間段內安全性超過100，其他各個界面的安全性在監測時不足80，所以橋梁的安全性符合要求。通過從這些方面分析發現，整個橋梁的安全性處于良好的范圍內，可以滿足當地的交通運行需要[4]。除此之外，在結構應變溫度監測的環節，我們還考慮溫度的變化性質；另外，監測方式需要通過安全技術處理的方式進行操作，即在保證溫度滿足工況要求的基礎上測定安全結構應變能力，并使其能夠達到規定的取值。

5.3 典型裂縫監測

典型裂縫檢測主要是柔性導電材料表面涂刷一層材料進入裂縫內開始分布式的檢測，通過對該涂料在具體裂縫中產生的電阻變化情況進行研究，根據電阻值在裂縫中的擴展，就可以掌握其裂縫是否存在擴展的問題，以此掌握變化的實際情況。本次橋梁的裂縫監測布置情況可以見下表1。

表1 橋梁裂縫檢測布置

從裂縫的監測數據分析發現，合攏的各個部分都產生了比較細小的裂縫問題，寬度沒有超過0.5mm，且沒有出現的結構裂縫問題，其他裂縫的涂膜檢測范圍內也沒有出現預警信息。由于裂縫監測環節中報警信息會因為涂膜范圍內小微裂紋的情況而產生影響，因此今后還需要進行長期觀測，以獲取變形數據信息，充分分析橋梁的變形具體情況，為今后橋梁的質量管理提供良好的基礎條件[5]。

6 結語

綜上所述，橋梁結構監測應該重點進行變形、應變、裂縫等變化趨勢分析，通過相應的儀器輔助人工方式進行重點結構的監測，以了解橋梁的運行狀況，發現局部裂縫演變問題，預測未來的變化趨勢，整理與分析現場數據，做出橋梁的運行狀態綜合性評價，為養護管理工作提供必要的支持，從而更好地促進橋梁的運行性能提升，保障交通運行安全。