橋梁健康監(jiān)測實習(xí)報告

　　大型橋梁健康監(jiān)測力求對結(jié)構(gòu)整體行為的實時監(jiān)控和對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評估，同時，對大跨度橋梁設(shè)計理論與力學(xué)模型的驗證以及對結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)環(huán)境中未知或不確定性問題的調(diào)查與研究也正融人橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵。以下是小編整理的橋梁健康監(jiān)測實習(xí)報告，歡迎閱讀。

　　1、工程概況

　　某大橋位于某市東約兩公里處，是西部開發(fā)省際公路通道某市至某市線公路上的控制工程之一。該橋起點樁號為S4K134+486.50，終點樁號為SK135+424.50，橋梁全長938.00米，最大橋高134米。橋面縱坡為-2.9％、-0.8％。橋梁起點～SK134+671.371之間位于半徑R=2250.00米、Ls=350米的左偏圓曲線上，SK134+371.452～橋梁終點之間位于半徑R=4000.00米右偏園曲線上，其余位于直線上。

　　主橋為75＋3×140＋75米預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)組合梁，由上、下行的兩個單箱單室箱形斷面組成。箱梁根部高度8.0米，跨中梁高3.0米，其間梁按二次拋物線變化。采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系。箱梁頂板寬為12.75米，底板寬6.5米，頂板厚0.30米，底板厚跨中0.32米按二次拋物線變化至根部1.0米，腹板厚分別為0.45米、0.60米，橋墩頂部范圍內(nèi)箱梁頂板厚0.5米，底板厚1.8米（1.3米），腹板厚0.8米。橋墩頂部箱梁內(nèi)設(shè)4道橫隔板，其余段落均不設(shè)橫隔板。連續(xù)箱梁各單“T”懸澆段施工均采用掛籃懸澆法施工，分18對梁段，即6×3.0+6×3.5+6×4.0米進(jìn)行對稱懸臂澆筑。橋墩墩頂塊件長12.0米，中孔合攏段長2.0米，邊孔現(xiàn)澆段長度3.89米，邊孔合攏段長2.0米。梁段懸臂澆筑最大塊段重量1526KN。

　　箱梁合攏溫度按15℃計，合攏順序為：先合攏邊跨，再中跨、最后次邊跨。主橋13、16號橋墩采用薄壁空心橋墩,橫橋向?qū)?.5米,順橋向?qū)?.0米,壁厚0.5米。主橋14、15號橋墩采用雙薄壁空心橋墩,橫橋向?qū)?.5米,順橋向單薄壁3.0米,壁厚順橋向0.7米,橫橋向1.1米。分隔墩采用薄壁空心墩,橫橋向?qū)?.5米,順橋向?qū)?.5米,壁厚0.5米。引橋橋墩采用雙柱式墩。橋臺采用肋板式及柱式橋臺。

　　主橋橋墩采用直徑1.8米及2.0米得鉆孔灌注樁基礎(chǔ),分隔墩及引橋橋墩采用1.6～2.0米的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺采用直徑1.2米及2.0米的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

　　某大橋計劃于2017年9月28日建成通車。

　　2、運營期遠(yuǎn)程健康監(jiān)測及橋梁安全評估的目的及意義

　　多年來，橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀況一直是公眾特別關(guān)心的問題�，F(xiàn)代化大型橋梁是交通主干道的重要節(jié)點，對交通運輸區(qū)域發(fā)展具有重大影響，是國家、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步的象征。然而，目前，國內(nèi)外許多橋梁都存在不同程度的隱患。我國許多重要的大型橋梁都沒有建立保證安全性和耐久性的維護系統(tǒng)。由于缺乏大橋結(jié)構(gòu)整體性的安全監(jiān)測系統(tǒng)，對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的任何異常不能及時發(fā)現(xiàn)，以做出相應(yīng)的防患措施。一些城市已發(fā)生大橋嚴(yán)重的質(zhì)量事故，造成很大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。分析產(chǎn)生上述事故的原因很復(fù)雜，除設(shè)計與施工方面的原因以外，這些橋梁長期處于超負(fù)荷運營狀態(tài)，致使許多構(gòu)件的疲勞損傷加劇，是導(dǎo)致倒塌的重要原因。如果能對橋梁的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測，從而對橋梁的健康狀況給出評估，在災(zāi)難來臨之前給出預(yù)警，將會大大減少慘劇的發(fā)生。

　　另一方面，在對局部質(zhì)量嚴(yán)重退化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修更新時，由于目前的檢測技術(shù)不能對結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的損傷狀況作出準(zhǔn)確客觀的評估，因此，常常不得不過于保守地對“可能”問題的部件全部更新，造成很大的材料浪費和經(jīng)濟損失�？梢姌蛄罕O(jiān)測系統(tǒng)和檢測技術(shù)的建立與完善，不僅影響到重要結(jié)構(gòu)的健康安全和道路交通的正常運營，還與大型結(jié)構(gòu)的維修費用密切相關(guān)。

　　橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機，由運營中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所得的信息不僅是理論研究和試驗室調(diào)查的補充，而且可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。大型橋梁健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測和結(jié)構(gòu)評估新技術(shù)的應(yīng)用，而且被賦予了結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評估、設(shè)計驗證和研究發(fā)展三方面的意義。

　　因此，為了實施有效的養(yǎng)護維修和管理，可以使某大橋的使用性能得以改善，壽命得以延長，減少和避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，推動和促進(jìn)行業(yè)的科技進(jìn)步。就必須盡快發(fā)展與其規(guī)模和功能相適應(yīng)的現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)，加強對養(yǎng)護和管理方面的研究。

　　而采用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測與常規(guī)的定期檢測方案比較具有：（1）長期、全天候、實時監(jiān)測；（2）自動化多點數(shù)據(jù)獲取；（3）先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理；（4）測量費用低；（5）不干擾交通等顯著的優(yōu)點，從而在近幾年得到了日益廣泛的應(yīng)用。

　　3、本次監(jiān)測的主要內(nèi)容

　　本次監(jiān)測的主要任務(wù)分為四大部分內(nèi)容：

　　（1）對變形（包括豎向撓度、縱向位移、固結(jié)墩墩頂傾角等指標(biāo)）、應(yīng)力、溫度和控制截面結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行遠(yuǎn)程適時監(jiān)測；

　�。�2）結(jié)合遠(yuǎn)程適時監(jiān)測情況對大橋進(jìn)行定期外觀檢測；

　　（3）對大橋的耐久性和承載能力進(jìn)行檢測；

　　（4）為該橋的維護和健康運營評估提供實測數(shù)據(jù)，并作數(shù)據(jù)分析，提供該橋的健康運營狀況，并作出安全性評價。

　　4、運營期遠(yuǎn)程健康監(jiān)測及橋梁安全評估的基本思路

　　根據(jù)我單位對高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋積累的經(jīng)驗，運營期遠(yuǎn)程健康監(jiān)測及橋梁安全評估的基本思路可歸納如下：

　�。�1）收集設(shè)計、施工監(jiān)控文件、相關(guān)的會議紀(jì)要和相關(guān)的規(guī)范和規(guī)程等，對運營橋梁進(jìn)行模擬計算，得出運營狀態(tài)下的變形和應(yīng)力狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并作數(shù)據(jù)分析或圖表文件進(jìn)行存放。

　�。�2）通過業(yè)主，協(xié)同設(shè)計、監(jiān)控單位優(yōu)化預(yù)定的運營期遠(yuǎn)程健康監(jiān)測及橋梁安全評估方案，制定實施細(xì)則，報送業(yè)主審查。

　�。�3）做好監(jiān)控前的準(zhǔn)備工作，如：測控點定位、設(shè)備購置、儀器標(biāo)定、傳感器的安裝、測試系統(tǒng)的調(diào)試等。

　�。�4）大橋運營期遠(yuǎn)程適時撓度監(jiān)測。

　�。�5）大橋運營期主梁縱向位移監(jiān)測。

　�。�6）墩身垂直度監(jiān)測：墩頂傾角監(jiān)測。

　　（7）大橋運營期應(yīng)力監(jiān)測，包括大橋運營期箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力和主應(yīng)力。

　�。�8）大橋運營期振動特性監(jiān)測。

　�。�9）大橋運營環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測。在具有代表性的地方設(shè)置溫度濕度計（箱外），觀測實測時的外界環(huán)境，用于實測成果的分析。

　�。�10）大橋定期外觀檢測。

　�。�11）橋梁耐久性檢測，包括鋼筋混凝土強度檢測，裂縫寬度檢測。

　�。�12）承載力評價：通過撓度、應(yīng)力應(yīng)變及耐久性檢測的數(shù)據(jù)對承載力進(jìn)行評價。

　　（13）對大橋健康狀態(tài)作出評估。

　　5、運營期遠(yuǎn)程安全性監(jiān)測實施技術(shù)方案

　　5.1運營期監(jiān)測的計算機仿真分析

　　本次利用橋梁結(jié)構(gòu)計算專用程序MIDAS/CIVIL（V7.4.1），建立大橋的計算機有限元模型，并作模型修正，模擬該橋的實際運營狀態(tài)，計算分析該橋在各種外界環(huán)境、各種荷載工況、各個監(jiān)測時段的撓度與內(nèi)力，建立原始理論數(shù)據(jù)庫，作為實測數(shù)據(jù)的對比依據(jù)。同時，確定橋梁受力的最不利位置，為傳感器和應(yīng)變計的埋設(shè)提供理論依據(jù)。

　　橋梁結(jié)構(gòu)在移動的車輛、人群、風(fēng)力和地震等動力荷載作用下會產(chǎn)生振動。橋梁結(jié)構(gòu)的振動分析是橋梁結(jié)構(gòu)分析的又一項重要內(nèi)容。橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性（振型、頻率和阻尼比）是橋梁承載力評定的重要參數(shù)，同是也是識別橋梁結(jié)構(gòu)工作性能和橋梁抗震分析的重要參數(shù)。計算機的仿真分析即提供這些參數(shù)的理論數(shù)據(jù)。

　　5.2大橋運營期撓度遠(yuǎn)程適時監(jiān)測及支座定期檢查方案

　　5.2.1大橋運營期撓度遠(yuǎn)程適時監(jiān)測方案

　　為了對大橋進(jìn)行遠(yuǎn)程適時變形監(jiān)測和分析預(yù)報，確保大橋的安全運行，必須建立長期監(jiān)測網(wǎng)與觀測點。本橋遠(yuǎn)程適時監(jiān)測采用連通液位式撓度自動觀測系統(tǒng)。

　　靜力水準(zhǔn)（即連通液位計）方式測試橋梁撓度的基本原理，就是利用液體在連通的管道中，會由于重力的作用下，在不同的位置的液面高度會相同。對于最小的靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)至少需要兩個靜力水準(zhǔn)儀，一個布置在參考點（即不會有撓度變化的點，通常是橋墩或橋頭），另一個布置在待測點。兩個靜力水準(zhǔn)儀通過液管連接在一起，并加入適當(dāng)?shù)囊后w使得液面高度處于量程的中間位置。這樣當(dāng)待測點發(fā)生撓度時，兩個靜力水準(zhǔn)的液面相對于其筒體的位置就會變化，測試這種變化就可計算出待測點相對于參考點的位移，從而達(dá)到測試橋梁撓度的目的。

　　數(shù)據(jù)表明了兩個靜力水準(zhǔn)的測試過程。假定左側(cè)的靜力水準(zhǔn)布置在參考點，右側(cè)的布置在待測點。從左到右描繪了當(dāng)待測點發(fā)生撓度變化時，液面的變化情況。

　　連通液位系統(tǒng)計算依據(jù)有兩個：一是桶內(nèi)的液體體積不變；二是各個桶的水平面變化一致，設(shè)左邊桶截面面積AS，原來液位AH1，變化后為AH2，桶自身變化AX；同理有右邊BS，BH1，BH2，BX。依據(jù)兩個條件有：

　　AH1*AS+BH1*BS= AH2*AS+BH2*BS   (算式1)

　　AH1-(AH2-AX)= BH1-(BH2-BX)    (算式2)

　　鑒于各個桶截面一樣，由“算式1”可推知（AH1-AH2）+(BH1-BH2)=0,即各個測點變化值的和為零，這可以用來校驗數(shù)據(jù)，考察系統(tǒng)是否正常。對于算式2，如A為基點則自身變化AX=0，可推BX=（AH1-AH2）-(BH1-BH2)，即“差值的差”就是垂直變化量。當(dāng)有A、B、C、D多個時，算式變化為：

　　AH1*AS+BH1*BS+ CH1*CS+ DH1*DS= AH2*AS+BH2*BS+ CH2*CS+DH2*DS+(算式1，即所有點變化和為零) AH1-(AH2-AX)= BH1-(BH2-BX)= CH1-(CH2-CX)= DH1-(DH2-DX)(算式2，即每個測點垂直變化量為與基點的“差值的差”) 實際計算方法，先要讀取兩個靜力水準(zhǔn)儀的初讀數(shù)x1和x2，當(dāng)發(fā)生撓度變化時再讀取x1’和x2’，這樣撓度h=2*│x1－x1’│=2*│x2－x2’│

　　同理可以推導(dǎo)出當(dāng)多個靜力水準(zhǔn)串接到一起時的計算方式。

　　數(shù)據(jù)表示，在平衡狀態(tài)，每個靜力水準(zhǔn)計的液面必然處于同一水平面上，但當(dāng)其中一點或幾點（但基準(zhǔn)點不能動）產(chǎn)生相對豎向位移時，在液體壓差的作用下，靜力水準(zhǔn)計的液面必然在新的水平面上達(dá)到平衡，從而導(dǎo)致某些液位計的液面或液體深度發(fā)生改變，通過測量某個點的液體深度及基準(zhǔn)點的液體深度就可計算出相應(yīng)點的撓度。

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