城市桥梁裂缝监测与工程应用分析

1、城市桥梁裂缝监测与工程应用分析一、前言随着社会的进展，生产技术水平的不断提高，城市桥梁的结构体系以及截面形式都在无时无刻的变化着。然而，城市桥梁裂缝问题是当前桥梁结构中最为常见的病害之一，倘若不能准时发觉做出反应，这将对桥梁的结构平安无法保障而还将带来一定的平安风险。二、桥梁建造中混凝土消失裂缝的缘由1、沉缩使混凝土产生裂缝沉缩造成的混凝土裂缝是较为常见的，造成这种现象的主要缘由是在详细施工中沉实的力度和时光不足，也可能是因为骨料产生了下沉现象，没有准时的对表面举行掩盖操作。水分消耗过快，所以强度没有达到要求，在后期的某些牵引力的作用下，差生了裂缝。2、混凝土受气温变化的影响产生裂缝混凝土在施

2、工完成后，自身也有它的温度。这个温度是由混凝土举行浇筑时候的温度、水泥的温度以及自身散热的特点共同确定的。陪同着温度的上升，浇筑温度也会随之上升，简单产生裂缝。反之，倘若外界温度很低，那么混凝土内部温度较高，两者的热传递，和热力的影响也会消失裂缝。3、混凝土的收缩混凝土硬化的过程中，体积会有所减小。这也影响了自身结构的稳定性。倘若在体积缩小的过程中收到某些外部部件的约束，那么也简单产生裂缝。4、其它裂缝产生缘由（1）荷载引起的裂缝任何材料，任何工程都有自身的负荷标准。倘若在桥梁建造中，过度在桥梁上放置建造工具、设备和材料。造成负荷过重，有可能造成裂缝的发生。同时施工次序不标准，造成桥梁过早承受

3、负荷，也会产生裂缝。对桥梁的设计结构不了解，粗暴施工也会造成裂缝的产生。（2）材料质量不符合标准，造成裂缝桥梁对各种材料有细致的要求，倘若在材料选取中偷工减料，或者使用材质低劣的不合格产品，无疑对桥梁的工程质量会造成恶劣的影响。同时不同材料在按比例额举行搭配的时候，倘若搭配的比例不科学，任意搭配，也会造成质量不合格，消失桥梁裂缝。（3）施工工艺质量引起的裂缝在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运送、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，简单产生纵向的、横向等各种裂缝。首先混凝土庇护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋庇护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力

4、钢筋垂直方向的裂缝。第二混凝土振捣不密实、不匀称，消失蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。再次混凝土浇筑过快，其流淌性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，简单在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。最后用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流淌性增强水和水泥用量，或因其他缘由加大了水灰比，导致混凝土凝固硬化时收缩量增强，使得混凝土体积上消失不规章裂缝。三、桥梁建造中裂缝的防治主意1、控制桥梁建造材料的质量严格把好材料质量审核关。把紧选购大门。对于劣质产品或者低价替代产品，在实际生产中一定要杜绝使用。刚选购的材料要举行质量检查，对于进入建造施工现场的材料也要通过，定期抽

5、样抽查的方式，把握材料的实时状况。同时对于材料的配比，要根据科学的标准严格举行，对于不负责任的任意配比，造成的质量问题，要追求操作人员的责任。2、观看温度状况，在合理温度下举行操作在骨料的使用中，要留意水泥不要使用过多。同时利用水降低浇筑则甚的温度。在实际操作中要留意时节性。比如在夏季，温度较高，那么要避开高温举行。在冬季，要留意保温，防止形成薄壁结构，造成变形消失裂缝。3、加强宣扬，提高平安意识桥梁建造中平安是第一要务。不能有丝毫的懈怠。对质量的不仔细，就是对工程的不仔细，对生命的不仔细。利用宣扬的力气，警醒每个工作人员，提高责任心，上进心。把平安建造放在首位，严格施工，防患于未然。4、加强

6、砼的养护工作目前我国的桥梁工程多为砼结构，质量的一个重要指标就是硅的强度。而强度的凹凸除涉及设计施工外，主要取决于后期的养护工作。所以，硅养护工作是保证硷强度的关键工序，要加强砼构件的养护，以保证硷的强度。5、工程监理工作，把好质量检测最后关口工程监理，在桥梁建造中整体监督桥梁建造工程。从每个环节，每个质量保证点举行测试检查。最重要的是在工程完成后，要整体的对桥梁建造作出最后的平安评估。所以要加大监督力度。对于任何影响桥梁质量的裂缝都不能放过。要准时发觉，准时反馈，准时防治。四、机敏网传感器被广泛采用的点监测方法，即在桥梁结构上的一些理论预报关键点位置布设如应变、加速度等传感器举行监测，按照传

7、感信号推断全桥或局部健康状态。倘若预报关键点比较精确，点监测方法是一种可行的方法。但在实际桥梁结构中，因为材料的非匀称性及计算误差等原因，裂缝不一定消失在理论预报的关键点。按照Soh等人的研究，对于尺度较大的桥梁结构，裂缝即使消失在距离监测点较近的位置，只要不在监测点有效范围以内，监测点的测量数据一般无显然变化，或按照测得的变化数据不足以分析出结构损伤情况。近年来，以光纤传感器为主的分布式监测方法举行结构裂缝和损伤监测得到较广泛的应用。此方法采用光时域反射技术（OTDR）或光频域反射技术（OFDR）采集布设在多点的传感器信号，对结构物举行大范围的、继续、分布式监测。如Beatriz等人利用分布

8、式光纤传感器监测钢筋混凝土结构应变，从而间接测量引起结构开裂的变形状况；Yang等人利用分布式HCFRP传感器监测预应力混凝土箱梁在破坏性试验过程中的应力分布和裂缝发生进展情况。这种监测方式抗电磁干扰性能较好，监测精度较高，但一般需要将传感器预埋在结构物内部，实施工艺复杂，后期维护困难。1、设计思想为了解决混凝土桥梁结构的裂缝监测问题，模拟富含神经元及神经脉络的动物肌肤对创伤的感知机理，提出了机敏网裂缝监测传感技术，其基本思想是：使用大量互相自立的机敏监测线（单根神经）以神经网络的方式布设在混凝土结构表面，网络中机敏线的交错点形成神经元节点，中间处理器构成传递神经感应信号的脊髓组织，由主控电脑

9、构成大脑中枢，实现对整套系统的实时控制和对囫囵结构区域的全方位监测。2、监测原理因为结构体表面开裂时，局部应变十分大，一旦粘贴机敏网的结构区域消失裂缝，机敏网的传感阵列也会相应开裂，传感信号便会随之中断。中间处理器实时发送和接收传感信号，按照出现的信号推断出机敏线开裂的位置和时光，由两条开裂机敏线的交错点组合出断裂点坐标。最后通过特地的算法由安装于主控电脑的仿真软件虚拟出实际裂缝的样子。这样，运用机敏网裂缝监测传感技术，用电路而非光路的形式实现对混凝土结构表面初始裂缝发生进展的监测。3、构造设计由于金属漆包线具有良好的延展性，并且绝缘性能好，自身电阻小，导电性能优良，有利于确保电信号传输的稳定

10、性，经过反复试验，决定了采用漆包线作为机敏网的传感材料。另外，考虑到机敏网要便于结构集成和运送过程中的平安，因此在设计机敏网时，抉择自粘性透亮哑膜作为基体材料，将导电漆包线布设成网络阵列粘附于哑膜上制作成机敏布。在混凝土结构表面集成机敏网时，用特别工艺将哑膜去除，最后只留下预制在基体材料上的机敏网阵列粘附于混凝土结构表面。这样，机敏网阵列好比遍布于生物体全身的神经脉络，紧紧粘贴于结构体表面，用于实时感应结构体表面消失的裂缝。为实时采集机敏网通断信号，设计了中间处理器对机敏网的每条漆包线举行逐一循环检测。中间处理器主要由六大部分组成：微处理器，多路抉择器，总线驱动器，总线驱动器、防雷击器件和开关

11、电源模块。五、裂缝宽度监测研究1、试验研究考虑到机敏网所使用的导电漆包线具有良好的延展性，不同线径的漆包线随着裂缝的发生而断裂，监测到的裂缝开裂宽度是一定的，对应着一定的宽度测量范围。因此在现有的机敏网上布设不同线径的漆包线，按照其断裂状况，就可以对裂缝宽度大小举行推断。基于这种研究思路，利用WE1000液压式万能实验机和小型钢筋混凝土试件，设计了三点弯曲试验。在试件受压消失裂缝时，通过裂缝观测仪（型号：SWLW101）可以直观地检测出试件表面的裂缝发生进展状况，并且测量出机敏网断裂时对应裂缝宽度。2、试验数据及分析在裂缝宽度监测试验中，先后针对线径为0.05mm，0.08mm，0.1mm和0

12、.13mm的漆包线分离举行了研究，获得了大量实用的宽度监测数据，如图1所示。图1：裂缝宽度监测数据（单位：mm）由试验数据可知，直径为0.05mm的漆包线对裂缝宽度的监测最为敏感，十分细小的裂缝（0.02mm）即可引起这种型号漆包线的断裂，因此0.05mm的漆包线适宜于监测初始裂缝的发生状况。另一方面，线径为0.13mm的漆包线因为延展性较强，一般的细小裂缝并不能够使其断裂，通常是裂缝进展到一定程度（0.2mm以上），这种型号的漆包线才会被裂缝绷断。采用统计学的方法，把握了各种漆包线开裂与裂缝宽度的对应关系，只需要将不同线径的漆包线布设计于机敏网当中，即可对结构裂缝的开裂宽度举行推断。六、工程

13、应用1、工程概况马桑溪长江大桥是重庆市外环高速大路的一座重要大路桥梁，全长1104.23m，主跨长360m，桥面宽度为30.6m，分为自立的左右两幅桥（见图2）。主桥上部结构为179m+360m+179m的三跨预应力钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥。图2：马桑溪长江大桥2022年，在对该桥举行人工定期检测过程中，发觉两座索塔内外表面存在较为显然的裂缝，以竖向裂缝为主，随后便举行了修理加固处理。因为索塔结构内外表面区域人力均难以触及，举行人工检测极为不便，为准时把握索塔的结构健康状态，采用改进后的机敏网传感器，建立一套特地的裂缝监测系统安装在主桥的两座索塔上，举行长期远程在线监测。2、传感器安装考虑到

14、两座索塔的建筑结构相同，相对应结构区域的受力状况是一样的，并且从两座索塔已经消失的裂缝状况来看，裂缝的发生进展也是相像的，因此在设计机敏网和中间处理器的布设方案时，只针对索塔结构消失裂缝比较严峻的区域布设机敏网。机敏网以布设线径0.05mm的漆包线为主，可最大限度地感知索塔结构消失的微小裂缝。3、监测机制安装调试完成后，机敏网传感器24h不间断监测索塔结构内外表面裂缝的发生进展状况。一旦监测区域消失裂缝并且达到一定宽度时，产生的应变会造成相应区域漆包线的断裂，中间处理器会将漆包线的断裂信息发送到设置在桥梁现场监控中心的工控机中，再通过GPRS网络将信息传回到远程监控中心，由服务器对机敏网的断裂数据举行分析并准时更新机敏网的断裂时光和状态。倘若断裂的漆包线达到一定数量，则可以通过特地的软件模拟重临裂缝的发生进展状态，给桥梁业主供应裂缝信息，准时实行相应的修理和加固措施，如图8所示。4、应用效果索塔上安装的机敏网传感器有效监测3年时光，猎取了索塔结构内外表面裂缝发生进展的大量监测数据。其中，2号索塔机敏网比较集中地消失了断裂状况，从监测数据来看（见图3），2号索塔内部机敏网断裂超过50%的区域有8处。经技术人员现场检