預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康監(jiān)測分析研究

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康監(jiān)測分析研究

Summary：隨著我國市政行業(yè)的不斷發(fā)展，各專業(yè)工程之間的相互影響越來越多，常見的有道路橋梁、地下管線、地鐵以及地下建筑之間的影響，而任何一項工程的施工都會對其相鄰的既有建筑產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致既有建筑產(chǎn)生不可逆的病害甚至失去現(xiàn)有功能。預(yù)應(yīng)力混凝土是現(xiàn)代橋梁工程的重要組成部分，剛度較大，美觀性較強，且整體效應(yīng)較好，因而被廣泛應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)中。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在目前國內(nèi)公路橋梁中占有較大的比重。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁相比較于其他以非混凝土為結(jié)構(gòu)主體的橋梁類型，更易受到混凝土的時變（如收縮徐變等）影響，且相比于普通混凝土材料還具有一定的力學(xué)性能，所以對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁展開健康監(jiān)測分析研究具有重要意義。Keys：預(yù)應(yīng)力混凝土；橋梁；健康監(jiān)測引言預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工便捷，同時結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、后期維護保養(yǎng)成本較低，得到了較廣泛的使用。但針對此類型橋梁的長期健康監(jiān)測卻發(fā)展相對緩慢，國內(nèi)還沒有形成較為通用且規(guī)范有效的的健康監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)體系。1我國橋梁監(jiān)測發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化橋梁是我國城市、鄉(xiāng)村、山地交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，我國的橋梁數(shù)量多、種類多、個性突出，部分城市橋梁交通流量大、使用頻繁、位置關(guān)鍵、負(fù)載較重、承受能力較弱。城市橋梁與市民的生命財產(chǎn)安全密切相關(guān)，如果發(fā)生安全事故，將會造成惡劣影響。目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，在橋梁運維與養(yǎng)護決策中引入了橋梁管理、健康監(jiān)測，這些都對橋梁維護起到了積極的作用。與其他民用基礎(chǔ)設(shè)施(如高層建筑、大跨度體育場館、隧道、高壩)相比，高柔性的大跨度橋梁更容易受到動荷載、疲勞荷載和材料老化的破壞。因此，針對BHM(橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng))發(fā)展了各種先進的技術(shù)和方法。例如，設(shè)計了各種基于電阻、壓電陶瓷和光纖光柵的傳感器，并在實際橋梁上進行了測試。這些技術(shù)和方法使BHM更加有效、可靠、低成本和智能化。2預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康監(jiān)測分析2.1預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋施工監(jiān)控2.1.1主梁應(yīng)力監(jiān)測主梁應(yīng)力的監(jiān)測是對梁體受力狀態(tài)的直接反映，通過有限元計算出各個階段施工過程中梁體的應(yīng)力水平，通過預(yù)埋的應(yīng)變傳感器對梁體應(yīng)變進行測量并換算為梁體應(yīng)力進行對照，確認(rèn)梁體受力狀態(tài)是否可控。１）截面應(yīng)力監(jiān)測的內(nèi)容和方法。對于剛構(gòu)橋，其主梁截面應(yīng)力的監(jiān)測主要是對各階段施工過程中特定截面的應(yīng)力進行監(jiān)測和合攏狀態(tài)下應(yīng)力的監(jiān)測，主要的監(jiān)測對象是截面的法向應(yīng)力。通常采用的測量方法是通過預(yù)埋的應(yīng)力傳感器進行直接測量，一般采用鋼弦式應(yīng)變計，其工作性能較為穩(wěn)定，且測量精度高。２）應(yīng)力監(jiān)測截面的選擇及應(yīng)力測點的布置。應(yīng)力監(jiān)測截面通常選擇主梁在施工期間、成橋狀態(tài)下的內(nèi)力控制截面，對于懸臂澆筑的剛構(gòu)橋，在施工期間，其受力控制截面為箱梁根部，在懸臂澆筑的狀態(tài)下，懸臂箱梁墩頂為最大負(fù)彎矩處，因此根部截面為控制截面；在合攏狀態(tài)下，１／４跨通常是內(nèi)力的反彎點，受力極其復(fù)雜，因此１／４跨截面為控制截面，但仍需通過計算進行進一步的修正調(diào)整。2.1.2主梁高程監(jiān)測１）測點的布置。主梁高程的測量通常需要在橋址周圍設(shè)置橋梁永久性觀測點，用于橋梁施工過程中及橋梁竣工后的觀測參照點，在測量過程中，采用全站儀轉(zhuǎn)點的方式將觀測點引至橋墩墩頂，打下相對觀測點，再用精密水準(zhǔn)儀進行過程中的測量。２）測量次數(shù)。每個節(jié)段在施工過程中均需要進行測量，測量的過程分為４個步驟：分別是節(jié)段澆筑前立模測量、節(jié)段混凝土澆筑后測量、預(yù)應(yīng)力張拉前測量和預(yù)應(yīng)力張拉后測量。同時，在每澆筑４個～６個節(jié)段后，需對已澆筑全部節(jié)段進行全橋現(xiàn)行測量。３）主梁截面高程觀測控制點。對于高程的觀測，應(yīng)在測量梁端采用短鋼筋，在橋梁澆筑時一并澆筑，通常在每個截面肋板中心線上布置。2.2下部結(jié)構(gòu)病害監(jiān)測以及防治措施(1)當(dāng)蓋梁、墩柱以及墩臺帽混凝土存在剝落、破損、露筋等病害時，應(yīng)進行加固處理，以保障結(jié)構(gòu)的耐久性。若結(jié)構(gòu)鋼筋外露且銹蝕，首先應(yīng)除銹，并采用聚合物砂漿進行修補處理。(2)當(dāng)墩臺身裂縫(豎向、斜向裂縫)超過0.20mm時，應(yīng)加強對墩臺身裂縫寬度發(fā)展情況的觀測，若無繼續(xù)發(fā)展擴大的跡象，可僅進行加壓注漿封閉處理。如繼續(xù)發(fā)展擴大，應(yīng)查明原因后及時進行加固處理。(3)對橋墩基礎(chǔ)受水沖刷嚴(yán)重的，應(yīng)對樁柱進行套箍加固處理。如河流上下游有采挖砂的，建議對河流修建堤壩，以防止河床沖刷加劇。2.3有效應(yīng)力檢測布置方法在實際工程建設(shè)過程中，橋梁工程往往作為公路工程建設(shè)的一部分，為此橋梁工程的建設(shè)過程需與公路工程的建設(shè)過程聯(lián)系起來。橋梁工程不僅要具有良好的環(huán)境施工適應(yīng)性、運行耐久性，還要具有較高的安全性、可靠性和經(jīng)濟性等。橋梁施工技術(shù)的正確選擇和使用，對橋梁施工的質(zhì)量具有重要影響。在開展橋梁工程施工質(zhì)量管理工作過程中，應(yīng)以實際問題為基礎(chǔ)，分析和總結(jié)在施工過程中存在的質(zhì)量管理問題，并將此類問題與實際的施工作業(yè)環(huán)節(jié)對應(yīng)起來，進而提高問題解決辦法的針對性。在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁的施工過程中，其預(yù)應(yīng)力對橋身結(jié)構(gòu)承載和裂縫等結(jié)構(gòu)特性的影響較為復(fù)雜。為了確保施工安全性以及懸臂施工的整體經(jīng)濟效益，某次施工中的監(jiān)測斷面選擇在較大彎矩以及較少受力點位置。工程滿足要求的位置包括大主跨梁中段、支點截面以及梁跨邊緣跨中截面。為了進一步確保施工安全性，技術(shù)人員需要對主梁的受力情況進行詳細(xì)分析，并結(jié)合實際施工情況，對混凝土澆筑過程、張拉預(yù)應(yīng)力的施加過程以及臨時支座的拆除過程進行安全性分析。然后根據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化應(yīng)力檢測布置的位置。在選擇現(xiàn)澆梁段埋設(shè)應(yīng)變計的預(yù)埋位置時，需根據(jù)應(yīng)變計的使用要求，并結(jié)合現(xiàn)場施工的實際工況，對應(yīng)變計的位置進行調(diào)整。在使用前需要對應(yīng)變計進行調(diào)試，以減少施工作業(yè)中的振動、聲波、溫度以及濕度等因素對應(yīng)力檢測設(shè)備準(zhǔn)確度的影響，確保應(yīng)變計不會在混凝土振搗過程中受到影響，保證傳感器可在頂板頂層鋼筋網(wǎng)下側(cè)正常工作。在使用應(yīng)變計之前，應(yīng)變計在水中浸泡的時間不少于6h。2.4撓度監(jiān)測在撓度監(jiān)測方面主要使用靜力水準(zhǔn)計來進行衡量。通過分析靜力水準(zhǔn)計中不同腔體里面的液面高度差，來判斷所測量區(qū)域在垂直方向上的位移變化。這種測量方式簡單穩(wěn)定，且便于長期觀測。通過在被測橋體的前三跨的每個跨中截面處設(shè)置放置點，并額外設(shè)置一處基準(zhǔn)點，因此共計使用四臺靜力水準(zhǔn)計?？紤]到箱梁中內(nèi)部空間有限，因而靜力水準(zhǔn)計采用外掛設(shè)計，即放置在每跨箱梁腹板的右外側(cè)且在橋路面之下。結(jié)語預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工便捷，同時結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、后期維護保養(yǎng)成本較低，得到了較廣泛的使用。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是一個系統(tǒng)工程，盡管面臨不同管理或?qū)嵤用娴膫€性化需求，但很多共性問題是相通的，有必要對監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)進行頂層設(shè)計和統(tǒng)型化規(guī)定，避免不同標(biāo)準(zhǔn)之間技術(shù)差異或認(rèn)知的不協(xié)調(diào)，以便更好地推動監(jiān)測技術(shù)發(fā)展與迭代升級。Reference[1]陳勝軍，吳成，張?zhí)焓妫?聲發(fā)射技術(shù)在橋梁健康監(jiān)測中的應(yīng)用綜述[J].工程與建設(shè)，20