预应力混凝土桥梁健康监测分析研究

预应力混凝土桥梁健康监测分析研究

Summary：随着我国市政行业的不断发展，各专业工程之间的相互影响越来越多，常见的有道路桥梁、地下管线、地铁以及地下建筑之间的影响，而任何一项工程的施工都会对其相邻的既有建筑产生影响，严重时会导致既有建筑产生不可逆的病害甚至失去现有功能。预应力混凝土是现代桥梁工程的重要组成部分，刚度较大，美观性较强，且整体效应较好，因而被广泛应用于桥梁工程建设中。预应力混凝土桥梁在目前国内公路桥梁中占有较大的比重。预应力混凝土桥梁相比较于其他以非混凝土为结构主体的桥梁类型，更易受到混凝土的时变（如收缩徐变等）影响，且相比于普通混凝土材料还具有一定的力学性能，所以对预应力混凝土桥梁展开健康监测分析研究具有重要意义。Keys：预应力混凝土；桥梁；健康监测引言预应力混凝土桥梁施工便捷，同时结构简单稳定、后期维护保养成本较低，得到了较广泛的使用。但针对此类型桥梁的长期健康监测却发展相对缓慢，国内还没有形成较为通用且规范有效的的健康监测标准体系。1我国桥梁监测发展与标准化桥梁是我国城市、乡村、山地交通基础设施建设的重要组成部分，我国的桥梁数量多、种类多、个性突出，部分城市桥梁交通流量大、使用频繁、位置关键、负载较重、承受能力较弱。城市桥梁与市民的生命财产安全密切相关，如果发生安全事故，将会造成恶劣影响。目前，随着物联网技术应用，在桥梁运维与养护决策中引入了桥梁管理、健康监测，这些都对桥梁维护起到了积极的作用。与其他民用基础设施(如高层建筑、大跨度体育场馆、隧道、高坝)相比，高柔性的大跨度桥梁更容易受到动荷载、疲劳荷载和材料老化的破坏。因此，针对BHM(桥梁健康监测系统)发展了各种先进的技术和方法。例如，设计了各种基于电阻、压电陶瓷和光纤光栅的传感器，并在实际桥梁上进行了测试。这些技术和方法使BHM更加有效、可靠、低成本和智能化。2预应力混凝土桥梁健康监测分析2.1预应力混凝土刚构桥施工监控2.1.1主梁应力监测主梁应力的监测是对梁体受力状态的直接反映，通过有限元计算出各个阶段施工过程中梁体的应力水平，通过预埋的应变传感器对梁体应变进行测量并换算为梁体应力进行对照，确认梁体受力状态是否可控。１）截面应力监测的内容和方法。对于刚构桥，其主梁截面应力的监测主要是对各阶段施工过程中特定截面的应力进行监测和合拢状态下应力的监测，主要的监测对象是截面的法向应力。通常采用的测量方法是通过预埋的应力传感器进行直接测量，一般采用钢弦式应变计，其工作性能较为稳定，且测量精度高。２）应力监测截面的选择及应力测点的布置。应力监测截面通常选择主梁在施工期间、成桥状态下的内力控制截面，对于悬臂浇筑的刚构桥，在施工期间，其受力控制截面为箱梁根部，在悬臂浇筑的状态下，悬臂箱梁墩顶为最大负弯矩处，因此根部截面为控制截面；在合拢状态下，１／４跨通常是内力的反弯点，受力极其复杂，因此１／４跨截面为控制截面，但仍需通过计算进行进一步的修正调整。2.1.2主梁高程监测１）测点的布置。主梁高程的测量通常需要在桥址周围设置桥梁永久性观测点，用于桥梁施工过程中及桥梁竣工后的观测参照点，在测量过程中，采用全站仪转点的方式将观测点引至桥墩墩顶，打下相对观测点，再用精密水准仪进行过程中的测量。２）测量次数。每个节段在施工过程中均需要进行测量，测量的过程分为４个步骤：分别是节段浇筑前立模测量、节段混凝土浇筑后测量、预应力张拉前测量和预应力张拉后测量。同时，在每浇筑４个～６个节段后，需对已浇筑全部节段进行全桥现行测量。３）主梁截面高程观测控制点。对于高程的观测，应在测量梁端采用短钢筋，在桥梁浇筑时一并浇筑，通常在每个截面肋板中心线上布置。2.2下部结构病害监测以及防治措施(1)当盖梁、墩柱以及墩台帽混凝土存在剥落、破损、露筋等病害时，应进行加固处理，以保障结构的耐久性。若结构钢筋外露且锈蚀，首先应除锈，并采用聚合物砂浆进行修补处理。(2)当墩台身裂缝(竖向、斜向裂缝)超过0.20mm时，应加强对墩台身裂缝宽度发展情况的观测，若无继续发展扩大的迹象，可仅进行加压注浆封闭处理。如继续发展扩大，应查明原因后及时进行加固处理。(3)对桥墩基础受水冲刷严重的，应对桩柱进行套箍加固处理。如河流上下游有采挖砂的，建议对河流修建堤坝，以防止河床冲刷加剧。2.3有效应力检测布置方法在实际工程建设过程中，桥梁工程往往作为公路工程建设的一部分，为此桥梁工程的建设过程需与公路工程的建设过程联系起来。桥梁工程不仅要具有良好的环境施工适应性、运行耐久性，还要具有较高的安全性、可靠性和经济性等。桥梁施工技术的正确选择和使用，对桥梁施工的质量具有重要影响。在开展桥梁工程施工质量管理工作过程中，应以实际问题为基础，分析和总结在施工过程中存在的质量管理问题，并将此类问题与实际的施工作业环节对应起来，进而提高问题解决办法的针对性。在大跨度预应力混凝土连续桥梁的施工过程中，其预应力对桥身结构承载和裂缝等结构特性的影响较为复杂。为了确保施工安全性以及悬臂施工的整体经济效益，某次施工中的监测断面选择在较大弯矩以及较少受力点位置。工程满足要求的位置包括大主跨梁中段、支点截面以及梁跨边缘跨中截面。为了进一步确保施工安全性，技术人员需要对主梁的受力情况进行详细分析，并结合实际施工情况，对混凝土浇筑过程、张拉预应力的施加过程以及临时支座的拆除过程进行安全性分析。然后根据分析结果，优化应力检测布置的位置。在选择现浇梁段埋设应变计的预埋位置时，需根据应变计的使用要求，并结合现场施工的实际工况，对应变计的位置进行调整。在使用前需要对应变计进行调试，以减少施工作业中的振动、声波、温度以及湿度等因素对应力检测设备准确度的影响，确保应变计不会在混凝土振捣过程中受到影响，保证传感器可在顶板顶层钢筋网下侧正常工作。在使用应变计之前，应变计在水中浸泡的时间不少于6h。2.4挠度监测在挠度监测方面主要使用静力水准计来进行衡量。通过分析静力水准计中不同腔体里面的液面高度差，来判断所测量区域在垂直方向上的位移变化。这种测量方式简单稳定，且便于长期观测。通过在被测桥体的前三跨的每个跨中截面处设置放置点，并额外设置一处基准点，因此共计使用四台静力水准计。考虑到箱梁中内部空间有限，因而静力水准计采用外挂设计，即放置在每跨箱梁腹板的右外侧且在桥路面之下。结语预应力混凝土桥梁施工便捷，同时结构简单稳定、后期维护保养成本较低，得到了较广泛的使用。桥梁结构健康监测是一个系统工程，尽管面临不同管理或实施层面的个性化需求，但很多共性问题是相通的，有必要对监测标准进行顶层设计和统型化规定，避免不同标准之间技术差异或认知的不协调，以便更好地推动监测技术发展与迭代升级。Reference[1]陈胜军，吴成，张天舒，等.声发射技术在桥梁健康监测中的应用综述[J].工程与建设，20