淺談多梁式T梁橋橫向協同工作的監測與評估

摘 要 本文以廣東某高速公路一簡支T梁橋為工程背景，利用橋梁結構健康監測系統的應變數據和一種橫向協同工作性能指標，實現了在不封閉交通的情況下，對在役橋梁的橫向協同工作性能進行了評估。結果顯示，該方法可以有效應用于多梁式T梁橋的橫向協同工作性能評價，適用于橋梁結構健康監測領域的進一步數據挖掘。

關鍵詞 結構健康監測;動應變;橫向協同工作性能

引言

橋梁可以跨越江河湖海，是交通設施互相連通的咽喉，在交通運輸中發揮重要作用。我國公路橋梁事業處于飛速發展的階段，截至2018年底，全國公路橋梁超80萬座，其中廣東省的公路里程和橋梁數目更是常年位于全國之首。

周良[1]等將其應用于上海市某市政橋梁，通過相關計算發現了鉸縫的可能存在病害，并在現場得到了驗證。杜晶[2]通過動載試驗、模擬橋梁損傷，基于撓度數據實現橋梁橫向聯系的損傷識別。

本文以廣東省某高速路一多梁體系梁橋作為工程背景。介紹了基于動應變監測的橋梁橫向協同工作性能指標，并且利用該橋實測的長期動應變監測數據，對其橫向整體性進行了相關計算和分析評估。

1工程概況

該橋地處丘陵地帶，為分離式雙幅橋，跨徑組合為6×25m（先簡支后結構連續或連續剛構T 梁），全長156.04m。定期檢查資料顯示，該橋主要病害表現在多跨T梁腹板存在大量豎向裂縫，越靠近跨中越密集。管理單位及時對裂縫進行了修補，為全面了解修補后橋梁結構的情況，在病害較為嚴重的第一、二跨布置了三個應變監測截面。在每個截面布置14個光纖光柵應變傳感器以及5個光纖光柵溫度傳感器進行補償，主要監測翼板和梁底的縱向應變。系統采樣頻率為20Hz，數據通過4G網絡實時傳輸至云，計劃幾年內不間斷采集數據。

2橫向協同工作性能指標計算及評估

2.1 工作性能指標

為評價在役橋梁橫向的協同工作性能，需要定義一種新型的評價指標，該方法需要具備一定的科學性和普適性。若橋梁橫向構件破壞，各片梁在外盒在作用下的力學響應也會隨之改變，橫向聯系破壞信息必含在兩片梁的力學響應中。該評價指標從梁底應變響應測量信息中提取反映結構特征變化，即通過定義相鄰梁底動應變相關系數作為梁橋橫向協同工作性能指標[1]，以反映各片梁間的連接強弱。該指標定義為統一橫截面上各梁梁底中點縱向應變的相關系數：

該方法的科學性經過相關理論推導和數值仿真實驗論證[1-2]，指標具有統計穩定性，不會受短期外荷載的改變而改變，橫向連接的相對剛度是唯一可能導致指標變化的原因。因此，該指標可以方便用于計算運營橋梁橫向連接的性能。

2.2 應變數據預處理

應變長期監測受結構溫度影響較大，監測數據常伴有趨勢性的溫度影響項。為更準確計算橫向協同工作指標，排除掉溫度的因素（溫度對各片梁的影響可能不一致）。通常的做法是對監測到的應變數據，利用MATLAB進行簡單的去除溫度趨勢和降噪的預處理。

2.3 指標系數矩陣計算

為驗證該指標的合理性，采用一段該橋的實測數據，經過預處理后，計算（i，j=1…7）整個矩陣的值。矩陣中越接近主對角線的點，其值越接近于1，這也意味著兩片梁靠得越近，其應變數據反饋出的數據相關性越好，說明結構受力越均勻、合理;相反的，若兩片梁距離較遠，明顯可以看到的計算值越接近于0，二者之間數據相關性較低。指標系數矩陣的計算結果，一方面與工程常識相符，另一方面也說明該橋監測的應變數據精度較高。

2.4 相鄰兩片梁協同工作性能評估

只取相鄰兩片梁的應變監測數據，利用上文提到的指標系數計算方法計算。為避免數據偶然性對結果造成的影響，對該橋六個月的橫向協同工作性能指標進行了計算。計算分析表明，該橋的指標系數結果皆位于0.81～0.96區間內，相鄰兩片梁受力均勻，橋梁橫向整體性良好。

此外，可以用一種原始的方法對指標系數計算的結果進行驗證。即將相鄰兩片梁未經任何處理的應變數據，畫在同一幅圖上，通過線性相關性分析，可大致判斷相鄰兩片梁之間聯系的健康狀態。結果表明，該橋相鄰兩片梁應變原始數據的線性擬合曲線斜率都在0.9～1.1之間，說明該橋相鄰兩片梁之間的聯系健康狀況良好，與上文中指標系數計算的結果一致。同時，該橋的定期人工檢測結果也顯示，橫向構件均無明顯的病害發生。

3結束語

本文以廣東某高速橋梁實測的半年數據，對基于應變數據的橋梁橫向協同工作性能分析與評價進行了一定的探索。該方法經過嚴格的理論推導，也通過有限元模擬車輛流的驗證，但在實橋上驗證的案例較少。因為通常情況下，中小橋出于經濟因素，較少配備結構健康監測系統，故該案例較為難得。結果表明，該橋進行應變監測的兩個跨中截面，橫向整體工作性能良好，相鄰兩片梁之間受力均衡。該結果也與該橋定期人工檢測的結果一致。實踐表明，該方法簡單直觀，可以有效用于已安裝橋梁結構健康監測系統的多梁式T梁結構的橫向協同工作性能評估。

參考文獻

[1] 周良，閆興非，趙一鳴，等. 基于動應變監測的板梁橋鉸縫狀態安全評估[J]. 中國市政工程，2018（5）：12-14.

[2] 杜晶.在役T型梁橋橫向聯系損傷的動靜力參數分析[D].北京：北京交通大學，2018.

作者簡介

林宏磊（1994-），男;學歷：碩士研究生，職稱：助理工程師，現就職單位：廣東交科檢測有限公司，研究方向：橋梁健康監測技術。