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

李东锋

重庆市市政设计研究院有限公司 重庆市400000

摘要：预应力混凝土桥梁由于施工简便、结构稳定且便于维护等优点，在目前国内公路桥梁中占有较大的比重。截至去年底，国内共有各类预应力混凝土桥梁约143万余条，其中尤其以中、小跨径梁桥居多，而这些桥梁大多没有形成较为完备的健康监测体系。同时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。

关键词：预应力混凝土；桥梁；健康监测

引言

大跨度预应力混凝土连续刚构桥的几何线形与内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过对施工过程的控制，在竣工后得到预先设计的应力状态和几何线形，是大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工的重点和难点。同时，桥梁施工控制的目的是确保施工过程中结构的安全性和稳定性，保证桥梁成桥桥面线形受力状态符合设计要求，施工控制的结果为大型桥梁实行长期监测提供了依据。

1健康监测方案

1.1应变检测

结合项目实际与普适性，本试验采用振弦式应变监测传感器来测量桥梁的应变情况。之所以未采用光纤传感器等，是考虑到大多采用预应力混凝土结构的各类桥梁普遍为中、小型，后期维护保养预算并不是太充足，而光纤传感器等经济性价比较低。

1.2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。

2预应力混凝土桥梁健康监测分析

2.1线型及预拱度控制

（1）主梁挠度的跟踪观测。在实际监测监控的过程中，工作人员需要根据各节点的施工顺序，在完成混凝土浇筑以及张拉操作之后，选择合适的时间对主梁的挠度进行测量。工作人员在进行主梁挠度测量的过程之中，需全面了解施工进度，对主梁挠度的变化情况进行统计分析。测量主梁挠度的时间宜在早上6点之前，这样才能保证在温度变化明显的情况下，确定主梁挠度的最大值以及最小值，进而进行温度修正，这样才能保证下一个阶段梁底标高设置的准确性及可靠性。（2）主梁顶底面高程的测量。施工人员在完成预应力张拉之后，需准确测量主梁顶底面高程。施工人员在进行测量的过程中，为保证数据的准确性以及可靠性，需对同一个点位进行多次测量，最后结合横坡计算出平均数作为最终数据。此外，施工人员在进行过程中，还需要根据施工状况的差异性，将主梁挠度实际测量数值的变化情况与理论变化值进行对比分析。

2.2应力控制

在实际进行大跨度预应力混凝土桥梁施工的过程中有许多工作流程，而这其中较为关键的流程就是桥梁的应力控制工作，因此工作人员一定要加强对桥梁的应力控制工作，这样才能保证主梁应力与设计方案相吻合，确保后续工作顺利开展。在进行悬臂工作的过程中，一定要按照其特点进行，在进行大跨度预应力混凝土桥梁施工的过程中，其施工程序较为复杂。在不同的施工阶段和施工环节中，桥梁结构的荷载情况、边界条件以及结构形式都是不同的，其结构受力情况也不相同，尤其是主体结构合龙时，当结构发生转变时其也会随之发生变化，因此，施工人员一定要随时观察结构应力的变化情况，这样才能保证结构应力符合设计标准。如果施工人员没有对应力进行有效控制，就会直接影响桥梁结构的安全性，对后续的安全使用造成威胁，同时，也会对结构布局以及整体的桥梁情况造成影响。对此，工作人员将桥梁结构施工的各项设备拉入施工现场之后，需指定专业人员检查其质量、规格、性能等，核对各种参数，严格按照施工要求进行管理工作，尤其是压力表以及千斤顶等设备，保证其运行状况，同时也需要严格审核预应力钢材的技术参数。

2.3线形控制

大跨度混凝土刚构桥无论选用哪种施工方式，都会造成公路桥梁结构的变形。若具体部位误差比较大，则无法确保桥梁工程主梁的正常合龙，因而，为了确保挠度误差在合理的范围内，确保达到设计要求，需要开展线形控制。桥梁工程主梁施工中的线形控制可分成平面控制和竖向控制两部分。平面控制可确保公路桥梁中心线在水平面内，若是直线公路桥梁，平面控制就会很容易；若是曲线公路桥梁，需要对其结构开展分析，并采取一定的防范对策，以保证满足设计要求；竖向控制是在梁截面上设定一些测试点，并应用这些点开展高程和线形控制。竖向线形控制在预应力混凝土刚构桥工程施工中起着关键作用，若竖向线形控制没有做好，将造成误差比较大，公路桥梁无法合龙。因此，只有做好竖向线形控制，才能保障公路桥梁合龙成功。除此之外，竖向线形控制不仅将造成桥面恒载过大，还会造成预应力钢筋偏角扩大，这也将影响公路桥梁的外观。因而，在公路桥梁工程施工中，务必要加强对竖向线形的控制，保证公路桥梁线形达到预期的效果。

2.4基于传感器数据的桥梁结构安全状态综合评价

在桥梁安全监测中，各个截面位置数据对桥梁结构安全评定的影响程度有差异。选择桥梁安全评估模型，基于海量实测数据来实现桥梁结构安全判断，并针对判断结果给出相应的策略是对桥梁结构进行安全评估的基本流程。桥梁结构安全状态评估方法较多，如基于规范的常规评估方法、可靠度理论分析法、模糊综合分析法等，国内一些学者基于此类方法获得了较多的研究成果，已有研究成果结合了桥梁实测数据，但桥梁安全监测系统在对监测数据的处理、使用和分析问题上目前还存在着一些问题，如并未充分利用桥梁运营中海量监测信息来反应桥梁安全状态等。

2.4.1桥梁健康状况监测内容

通过实时采集的安全监测数据，建立桥梁安全评价、预警模型，并通过安全预警系统记录大桥与环境的作用，其中包括结构应力（应变）、挠度、桥墩倾角、振动等的影响。部分监测内容如下：环境监测：桥梁所在地区的温湿度、风向风速等；位移监测：梁体的纵向位移；裂缝监测：主梁上的裂缝；振动监测：桥址处风荷载等随机荷载以及交通荷载作用下激振引起的结构微小振动响应；应力监测：桥梁运营状态下梁体结构及桥墩结构的应力值。

2.4.2位移测点权重

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG_3362-2018）中规定，预应力混凝土连续梁桥在各荷载组合下的挠度限值可采用1/600计算跨径。故而可参考此规定获得各个部位的位移测点规范限值。比如对跨中梁截面，可取1/600计算跨径为位移规范限制，其余部分可按照线性插值求得，其中支座处限值可取1/8跨中限值。采用限值储备度法，将测点位移有限元计算值和规范限值二者作商，将商值构造重要性矩阵，再计算各位移测点的权重。

结语

综上所述，预应力混凝土桥梁项目无论对施工技术还是施工精度都提出较高要求，而且项目本身具有非常复杂的受力结构，增加了施工难度。为了达到预期的施工效果，保障施工质量，做好施工全过程的控制管理非常必要，这样才能避免成桥投入使用后发生挠度变形、开裂、倾斜等问题。为了确保施工安全且质量达标，需对施工全过程进行严格管控，着重控制关键指标，尤其是做好预应力混凝土桥梁的施工线形和施工应力监测控制。

参考文献

[1]沈杰.曲线刚构桥的空间受力分析研究[J].交通世界，2021（30）：80-81.

[2]王峰.超高墩大跨连续刚构桥施工期空间姿态控制研究[J].铁道建筑技术，2021（12）：97-100.