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橋梁空心板裂縫監(jiān)測方案

更新時間：2021-04-10 17:51

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本文針對目前國內空心板橋裂縫類病害較多、對橋梁安全運營構成危脅的實情，介紹一種簡單、實用的空心板裂縫監(jiān)測方法，以了解其狀態(tài)和發(fā)展趨勢，科學決策安排對空心板的維修加固，保證空心板橋的正常服役，延長空心板橋的使用壽命。
　　【關鍵詞】橋梁工程；空心板；裂縫；監(jiān)測
　　在我國橋梁的上部結構中，預應力混凝土空心橋因其運輸、施工及安裝上的巨大優(yōu)勢，在中、小跨徑橋梁中應用十分廣泛。然而，對國內眾多空心板橋的歷次定期檢查中，均會發(fā)現(xiàn)部分空心板底縱、橫向裂縫較多，且部分裂縫縫寬已超過規(guī)范限值的現(xiàn)象。為保證空心板橋的正常服役，在養(yǎng)護經(jīng)費尚不能滿足對所有縫寬超過規(guī)范限制的空心板進行徹底維修處治的背景下，對空心板板底橫、縱向裂縫進行監(jiān)測以了解其狀態(tài)和發(fā)展趨勢有很大的現(xiàn)實意義與必要性。本文從對某高架橋空心板實施裂縫監(jiān)測出發(fā)，介紹一種有效的空心板裂縫監(jiān)測方法。
　　1 工程背景
　　某高架橋地處經(jīng)濟發(fā)達的近海省份，交通流量較大，2011年檢查發(fā)現(xiàn)空心板底少量橫向裂縫，部分板底橫向裂縫甚至貫通，延伸至腹板，對結構的承載力和耐久性均有較大不利影響，因此曾多次進行過加固處治。從歷次檢查的結果對比來看，部分裂縫縫寬已超過規(guī)范限值，橫、縱向裂縫在縫長和縫寬方面均有一定程度發(fā)展。
　　該橋上部結構構造均為預制空心板（先簡支后轉換成連續(xù)梁板），單幅橋面橫向布置為0.5m（防撞護欄）+14.75m（橋面）+0.5m（防撞護欄），由16塊空心板組成，邊板寬99cm，中板寬99.5cm，高70cm，板間用鉸縫連接，上部結構橫斷面布置如圖1。
　　2 監(jiān)測目的
　　公路橋梁的使用期長，交通量大，疲勞效應與突變效應等因素的耦合作用將不可避免地導致結構和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減。具體表現(xiàn)為：（1）環(huán)境惡劣，腐蝕效應明顯；（2）疲勞效應和疲勞累積損傷突出；（3）橋梁結構的冗余度相對較小。針對高速公路空心板橋結構建立結構監(jiān)測系統(tǒng)，可把握結構損傷、抗力衰減及其演化規(guī)律，實現(xiàn)對結構安全性、耐久性評定與預測。對重大工程結構檢測、維修與控制的科學決策，保證結構安全運行具有重要的工程意義和社會價值。
　　對本次擬進行監(jiān)測高架橋而言，可以在正常通車條件下，通過對裂縫進行監(jiān)測和實測結果分析來判斷、評價縱、橫向裂縫的狀態(tài)和變化規(guī)律，并分析判斷此類橫向裂縫采用加固措施的效果，為橋梁管養(yǎng)單位后期采取合理措施提供建議與參考。
　　3 監(jiān)測方案
　　裂縫寬度是裂縫發(fā)展程度的一項重要指標，一般可通過裂縫觀測儀對其進行觀測，但長時間持續(xù)的用儀器直接對裂縫寬度進行測量十分不便。應變反映的是結構變形的相對變化，是橋梁結構受力狀態(tài)和安全評價的一個重要指標，測量的手段較多。本監(jiān)測方案中擬通過跨縫安裝應變傳感器，監(jiān)測結構變形的方法來監(jiān)測裂縫的發(fā)展水平，同時輔助裂縫觀測儀測量裂縫寬度值作為應變監(jiān)測數(shù)據(jù)的驗證。
　　3.1 測點的選擇
　　經(jīng)對歷次檢查發(fā)現(xiàn)的板底裂縫的形態(tài)比較發(fā)現(xiàn)，大部分縱向裂縫位于板底1.5m～13.5m的橋跨范圍內，普遍位于板底中部，基本較為連續(xù)，縫長差異較大，縫寬大部分小于0.15mm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的板底橫向裂縫，已基本進行了維修處治，單板板底出現(xiàn)橫向裂縫數(shù)量較少，且出現(xiàn)板底橫向裂縫的板較為分散。為使裂縫監(jiān)測結果具有代表性，應選擇裂縫特性（縫長、縫寬、位置）在橋各跨中比較普遍的裂縫進行監(jiān)測。最終選擇測點如表1。
　　3.2 傳感器的安裝
　　傳感器是數(shù)據(jù)采集的基礎，傳感器安裝的質量直接決定著所采集數(shù)據(jù)的準確度和可信度。結合本監(jiān)測所選用的傳感器的特點，器安裝主要分為以下步驟：（1）混凝土面的打磨與清灰；（2）傳感器底座的黏貼；（3）傳感器測桿與螺旋測頭的安裝；（4）傳感器的調零。最終本監(jiān)測傳感器安裝后的實景如圖2。
　　3.3 數(shù)據(jù)的采集
　　數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性、完整性、準確性是對結構裂縫狀態(tài)進行合理評估的前提。
　　由于本監(jiān)測擬對空心板裂縫進行適時監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集內容包括汽車荷載下最大響應峰值的采集和基準值的采集。前者一般在上午十點到十二點左右或下午四點到傍晚六點左右，后者通常在監(jiān)測系統(tǒng)施工完畢，并將系統(tǒng)調試和檢測完畢后，選擇其中一天的晚上十二點至次日清晨三點進行橋梁在溫度等作用下的結構響應數(shù)據(jù)的采集，以此作為后期數(shù)據(jù)處理和裂縫狀態(tài)狀況評估的參考點。擬定每月進行一次數(shù)據(jù)采集，每半年一小結，一年出具監(jiān)測報告。
　　數(shù)據(jù)采集的時間、頻率在前期按照原方案進行，后期根據(jù)前期的測量分析結果和分析的要求。當出現(xiàn)特殊的氣候、交通條件下和橋梁運營狀況異常時應進行相應調整。
　　3.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與評價
　　本監(jiān)測方法中主要通過測試測點應變，然后將應變轉化為縫寬來間接測試縫寬的變化情況，并采用裂縫寬度儀進行數(shù)據(jù)驗證。因此監(jiān)測以應變監(jiān)測為主，同時觀測裂縫長度。所以主要利用實測數(shù)據(jù)中的基準值與汽車荷載作用下的響應峰值兩個重要信息對結構裂縫的狀態(tài)進行評估，其中基準值為除去汽車荷載的環(huán)境（如溫度作用等）激勵下結構的應變響應。由于裂縫監(jiān)測是根據(jù)結構在同一位置上不同時間的測量結果的變化來識別裂縫的狀態(tài)，所以本項目中主要通過不同時期的基準值的對比，并參考汽車荷載作用下的響應峰值的對比結果來分析判斷裂縫是否存在明顯發(fā)展趨勢和變化規(guī)律。
　　4 結論
　　空心板縱、橫向裂縫普遍存在，以此作為空心板病害的監(jiān)測對象極具代表性，通過對監(jiān)測和實測結果分析可以較好的來判斷、評價縱、橫向裂縫的狀態(tài)和變化規(guī)律，并分析判斷不同裂縫加固措施的實施效果。
　　通過橋梁空心板裂縫的監(jiān)測，建立服役橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)，起到確保橋梁安全運營，延長橋梁使用壽命的作用，同時通過早期發(fā)現(xiàn)橋梁病害能大大節(jié)約橋梁的維修費用，可以避免頻繁大修關閉交通所引起的重大損失。

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