大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋健康監(jiān)測理念
2015-05-26
一、緒論
隨著社會經濟的快速發(fā)展，橋梁建設在社會建設中的重要性越來越明顯。不論是高鐵的建設還是交通道路的發(fā)展，作為基礎設施的橋梁，都在其中展現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭，其中大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋作為一種重要橋型發(fā)揮了重要的作用。
二、大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋簡介
預應力混凝土連續(xù)剛構橋既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的特點，又有T型剛構橋不設支座、施工方便的優(yōu)點，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度，它利用高墩的柔度來適應預應力混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的位移，能滿足特大跨徑橋梁的跨越及受力要求，同時在一定條件下具有用料省、施工方便、養(yǎng)護費用低等優(yōu)點。連續(xù)剛構體系另一個特點是抗震性能好，水平地震力可均攤到各個墩上來承擔，而連續(xù)梁則需要設置制動墩或者是采用價格較昂貴的專用抗震支座。墩梁固結又便于采用懸臂施工方法，取消了連續(xù)梁在施工體系轉換時所采用的墩上臨時固結措施。隨著高強預應力鋼材、高強混凝土、大噸位張拉錨固體系的應用與發(fā)展，設計手段的計算機化以及施工水平的提高， 大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋的長度不斷增加。
三、大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋健康監(jiān)測
近20年來橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料新工藝的開發(fā)推動了大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋梁的發(fā)展；同時，隨著人們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的逐漸關注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應運而生。由于橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為驗證結構分析模型、計算假定和設計方法提供反饋信息，并可用于深入研究大跨度預應力連續(xù)剛構橋梁結構及其環(huán)境中的未知或不確定性問題，因此橋梁設計理論的驗證以及對橋梁結構和結構環(huán)境未知問題的調查與研究擴充了橋梁健康監(jiān)測的內涵。
1、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的內容
?。?）荷載（包括風、地震、溫度和交通荷載）。所使用的傳感器有：風速儀――記錄風向、風速進程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得風功率譜；溫度計――記錄溫度、溫度差時程歷史；動態(tài)地秤（Weight―in―Motion）――記錄交通荷載流時程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得交通荷載譜；強震儀――記錄地震作用；攝像機――記錄車流情況和交通事故。
?。?）幾何監(jiān)測。監(jiān)測橋梁各部位的靜態(tài)位置和靜態(tài)位移（如橋塔和錨碇的沉降和傾斜、主纜和加勁梁的線型變化等）。所使用的傳感器有：位移計、傾角儀、GPS、電子測距器（EDM）、數(shù)字像機等。
?。?）結構的靜動力反應。如有位移計、傾角儀記錄結構的靜動力變形和轉角、支座和伸縮縫的靜動力相對位移歷史；用應變儀記錄橋梁構件的靜動力應變和應力，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得構件疲勞應力循環(huán)譜；用測力計（力環(huán)、磁彈性儀、剪力銷）記錄主纜、錨桿和吊桿的張力歷史；用加速度計記錄結構各部位的反應加速度，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得結構的模態(tài)參數(shù)。目前橋梁監(jiān)測系統(tǒng)中不合結構模型，因此無自動損傷識別的能力。但橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的高速發(fā)展為真正意義上的（有自動損傷識別能力的）橋梁監(jiān)測系統(tǒng)打下了基礎。橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的設計是多學科多領域的前沿課題，與橋梁設計、橋梁管理及試驗技術的發(fā)展戰(zhàn)略有密切關系，應當綜合考慮國情。
2、大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的監(jiān)控與評估
橋梁健康監(jiān)測的基本內涵即是通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候 交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導為此。監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進行監(jiān)控：①橋梁結構在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài)；②橋梁重要非結構構件（如支座）和附屬設施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)；③結構構件耐久性；④大橋所處環(huán)境條件等等。與傳統(tǒng)的檢測技術不同，大型橋梁健康監(jiān)測不僅要求在測試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求對結構整體行為的實時監(jiān)控和對結構狀態(tài)的智能化評估。
3、大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋健康監(jiān)測的設計驗證
由于大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的力學和結構特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設計階段完全掌握和預測結構的力學特性和行為是非常困難的。大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的設計依賴于理論分析并通過風洞、振動臺模擬試驗預測橋梁的動力性能并驗證其動力安全性。然而，結構理論分析?；诶硐牖挠邢拊x散模型，并且分析時常以很多假定條件為前提在進行風洞或振動臺試驗時對大橋的風環(huán)境和地面運動的模擬也可能與真實橋位的環(huán)境不完全相符，因此，通過橋梁健康監(jiān)測所獲得的實際結構的動靜力行為來驗證大橋的理論模型、計算假定具有重要的意義。
4、大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋健康監(jiān)測的未來
大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和對某特定橋梁設計的反思，它還可能并應該成為橋梁研究的“現(xiàn)場實驗室”。盡管橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料新工藝的出現(xiàn)不斷推動著橋梁的發(fā)展，但是，大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的設計中還存在很多未知和假定，超大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的設計也有許多問題需要研究，同時，橋梁結構控制與健康評估技術的深人研究與開發(fā)也需要結合現(xiàn)場試驗與調查橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨徑橋梁的研究提供了新的契機，由運營中的橋梁結構及其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，而且可以提供有關結構行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息另外，橋梁振動控制與健康評估技術的開發(fā)與應用也需要現(xiàn)場試驗與調查。
四、結語
綜上所述，大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測新技術，而是被賦予了結構監(jiān)控與評估、設計驗證和研究與發(fā)展三方面的意義。隨著未來科技的不斷發(fā)展與完善，更多富有科技創(chuàng)新理念的思路與想法會更多的融入到橋梁的健康監(jiān)測中來，隨著人們對橋梁結構體系的不斷認識和研究，大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的健康監(jiān)測技術會更加成熟和完善。
