城市立交橋梁安全監測應用研究

黎 兆 豐

(廣州市交通設計研究院有限公司，廣東 廣州 511430)

1 工程背景

某立交橋是連接廣州與佛山的主要通道，已運營20多年。主梁曲梁段部分段出現了嚴重的橫向偏移，墩柱底部出現了環向裂縫。

2 監測目的與內容

2.1 監測目的

經現場檢查分析發現，橋梁下部結構密集出現裂縫，經分析可能由于主梁曲線段墩柱長期在溫度應力與動荷載離心力的作用下，而使構件達到破壞狀態。

在部分已出現問題的橋梁構件上安裝監測設備，監測構件在運營期間的狀態情況。一方面，通過監測，實時了解結構的狀況，為橋梁可能出現的不安全狀態提供預警；另一方面，通過數據，分析問題產生的原因，為橋梁加固或拆除提供有效的依據。

2.2 監測內容

建立監測系統，利用設備對主橋曲線段梁體橫向偏移區域(1號～3號墩)的墩柱進行監測。

針對橋梁構件出現的不同問題，采取不同的監測方式。對于裂縫的測量，采用應變計測量。對于變形，采用傾角傳感器與位變計分別測量墩柱的傾斜變化、主梁與橋墩間的相對位移變化。

3 監測方案

橋梁監測系統由軟件及硬件組成。現場由傳感器和采集模塊獲得實時數據，然后通過信號電纜傳輸至現場采集儀器，再利用4G通信模塊通過遠程無線方式發送至云平臺。云平臺上搭設數據處理系統，計算機可以通過網絡獲取相應數據。

3.1 裂縫監測

對橋曲線段梁體橫向偏移區域的1號～3號墩柱底部，采用振弦式應變計進行裂縫監測，每根柱子布置1個，共6個。應變計與裂縫方向垂直。

3.2 幾何監測

通過位變計測量梁與墩柱的變位情況，在1號～3號墩墩頂布置6個測點。

通過傾角隨時間變化曲線分析墩柱變位情況，在梁體布置2個傾角測點，在墩頂(1號～3號墩)布置6個傾角測點。

以1號軸為例，布置位置如圖1所示。具體布置位置及測點設備見表1。

表1 監測設備布置表

4 監測控制成果

4.1 溫度監測結果

監測期間，橋梁結構溫度監測結果如圖2所示。結構溫度變化符合當地氣候溫度變化。

4.2 位移監測結果

墩梁相對位移監測結果如圖3所示。可以看出，在監測期間，位移計變化情況基本一致；同時，結合溫度監測結果可發現，位移變化與溫度變化有明顯的關系，隨著溫度的下降，主梁向曲線內側進行偏移；而隨著溫度上升，主梁內側偏移量減小，逐漸恢復至原狀；而隨著溫度逐漸上升，主梁有往外側偏移的趨勢。

4.3 裂縫寬度監測結果

裂縫寬度監測結果如圖4所示。可以看出，在監測期間，應變計變化情況基本一致，裂縫寬度變化與溫度變化有關系，一方面隨著溫度的下降，主梁往內側偏移，墩柱墩頂往內側偏移，墩柱下部裂縫在內側部位閉合；另一方面，溫度下降，混凝土收縮也導致裂縫閉合。

由圖4可看出，部分裂縫由監測初始狀態變化至-0.2 mm，由此可知，構件從完整狀態到開裂狀態，裂縫擴展、閉合，周而復始，從而導致墩柱下部嚴重破壞。

4.4 墩柱傾角監測結果

墩柱傾角監測結果如圖5所示。可以看出，在監測期間，傾角變化情況基本一致，傾角變化與溫度變化有關系，隨著溫度的下降，墩頂往內側傾斜；而隨著溫度上升，墩頂逐漸恢復至原狀。傾角變化情況受溫度影響大，可看出，墩柱受到主梁的偏移而傾斜，隨主梁的恢復而恢復；墩柱下部在此種狀態下而造成破壞。

5 結語

本文以某座運營多年的城市立交橋為背景，在部分已出現問題的橋梁構件上安裝監測儀器，監測問題構件在立交橋梁運營期間的狀態情況。通過監測，可得出以下結論：

1)由于進行監測時，當地天氣達到較高的溫度，而監測的構件也已有一定程度的破壞和變形，因此，監測初始狀態并不是橋梁最原始的狀態，監測結果不能完全真實顯示橋梁構件的破壞程度，但仍能反映出結構受破壞的狀態及變化，達到監測的目的。

2)橋梁結構會受到溫度影響，而且造成的影響不能忽視。由于溫度的下降，本文中橋梁彎曲段部分，主梁往內側偏移，墩柱往內側傾斜，而溫度上升，構件恢復；周而復始的溫度變化，致使構件破壞。

3)在橋梁進行設計時，應該充分考慮溫度效應的影響，尤其針對寬度較大的混凝土梁橋，除了要進行結構承載能力中溫度效應的驗算，還要考慮溫度對橋梁變形的影響。