大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋健康監(jiān)測(cè)理念
2015-05-26
一、緒論
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)在社會(huì)建設(shè)中的重要性越來(lái)越明顯。不論是高鐵的建設(shè)還是交通道路的發(fā)展，作為基礎(chǔ)設(shè)施的橋梁，都在其中展現(xiàn)出了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，其中大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種重要橋型發(fā)揮了重要的作用。
二、大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋簡(jiǎn)介
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋既保持了連續(xù)梁無(wú)伸縮縫、行車平順的特點(diǎn)，又有T型剛構(gòu)橋不設(shè)支座、施工方便的優(yōu)點(diǎn)，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(lái)適應(yīng)預(yù)應(yīng)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(shí)在一定條件下具有用料省、施工方便、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。連續(xù)剛構(gòu)體系另一個(gè)特點(diǎn)是抗震性能好，水平地震力可均攤到各個(gè)墩上來(lái)承擔(dān)，而連續(xù)梁則需要設(shè)置制動(dòng)墩或者是采用價(jià)格較昂貴的專用抗震支座。墩梁固結(jié)又便于采用懸臂施工方法，取消了連續(xù)梁在施工體系轉(zhuǎn)換時(shí)所采用的墩上臨時(shí)固結(jié)措施。隨著高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼材、高強(qiáng)混凝土、大噸位張拉錨固體系的應(yīng)用與發(fā)展，設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化以及施工水平的提高， 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的長(zhǎng)度不斷增加。
三、大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋健康監(jiān)測(cè)
近20年來(lái)橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的開(kāi)發(fā)推動(dòng)了大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁的發(fā)展；同時(shí)，隨著人們對(duì)大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的逐漸關(guān)注，橋梁健康監(jiān)測(cè)的研究與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。由于橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)分析模型、計(jì)算假定和設(shè)計(jì)方法提供反饋信息，并可用于深入研究大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境中的未知或不確定性問(wèn)題，因此橋梁設(shè)計(jì)理論的驗(yàn)證以及對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)環(huán)境未知問(wèn)題的調(diào)查與研究擴(kuò)充了橋梁健康監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵。
1、橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)容
（1）荷載（包括風(fēng)、地震、溫度和交通荷載）。所使用的傳感器有：風(fēng)速儀――記錄風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得風(fēng)功率譜；溫度計(jì)――記錄溫度、溫度差時(shí)程歷史；動(dòng)態(tài)地秤（Weight―in―Motion）――記錄交通荷載流時(shí)程歷史，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得交通荷載譜；強(qiáng)震儀――記錄地震作用；攝像機(jī)――記錄車流情況和交通事故。
?。?）幾何監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)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(jì)、傾角儀、GPS、電子測(cè)距器（EDM）、數(shù)字像機(jī)等。
?。?）結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力反應(yīng)。如有位移計(jì)、傾角儀記錄結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力變形和轉(zhuǎn)角、支座和伸縮縫的靜動(dòng)力相對(duì)位移歷史；用應(yīng)變儀記錄橋梁構(gòu)件的靜動(dòng)力應(yīng)變和應(yīng)力，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得構(gòu)件疲勞應(yīng)力循環(huán)譜；用測(cè)力計(jì)（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(jì)記錄結(jié)構(gòu)各部位的反應(yīng)加速度，連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后可得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。目前橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不合結(jié)構(gòu)模型，因此無(wú)自動(dòng)損傷識(shí)別的能力。但橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高速發(fā)展為真正意義上的（有自動(dòng)損傷識(shí)別能力的）橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是多學(xué)科多領(lǐng)域的前沿課題，與橋梁設(shè)計(jì)、橋梁管理及試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略有密切關(guān)系，應(yīng)當(dāng)綜合考慮國(guó)情。
2、大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的監(jiān)控與評(píng)估
橋梁健康監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)涵即是通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估，為大橋在特殊氣候 交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)為此。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控：①橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營(yíng)的物理與力學(xué)狀態(tài)；②橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如支座）和附屬設(shè)施（如振動(dòng)控制元件）的工作狀態(tài)；③結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；④大橋所處環(huán)境條件等等。與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)不同，大型橋梁健康監(jiān)測(cè)不僅要求在測(cè)試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求對(duì)結(jié)構(gòu)整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。
3、大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋健康監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證
由于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計(jì)階段完全掌握和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是非常困難的。大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)依賴于理論分析并通過(guò)風(fēng)洞、振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)預(yù)測(cè)橋梁的動(dòng)力性能并驗(yàn)證其動(dòng)力安全性。然而，結(jié)構(gòu)理論分析常基于理想化的有限元離散模型，并且分析時(shí)常以很多假定條件為前提在進(jìn)行風(fēng)洞或振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)對(duì)大橋的風(fēng)環(huán)境和地面運(yùn)動(dòng)的模擬也可能與真實(shí)橋位的環(huán)境不完全相符，因此，通過(guò)橋梁健康監(jiān)測(cè)所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來(lái)驗(yàn)證大橋的理論模型、計(jì)算假定具有重要的意義。
4、大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋健康監(jiān)測(cè)的未來(lái)
大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋橋梁健康監(jiān)測(cè)帶來(lái)的將不僅是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和對(duì)某特定橋梁設(shè)計(jì)的反思，它還可能并應(yīng)該成為橋梁研究的“現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室”。盡管橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的出現(xiàn)不斷推動(dòng)著橋梁的發(fā)展，但是，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)中還存在很多未知和假定，超大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)也有許多問(wèn)題需要研究，同時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)控制與健康評(píng)估技術(shù)的深人研究與開(kāi)發(fā)也需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與調(diào)查橋梁健康監(jiān)測(cè)為橋梁工程中的未知問(wèn)題和超大跨徑橋梁的研究提供了新的契機(jī)，由運(yùn)營(yíng)中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查的補(bǔ)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(shí)的信息另外，橋梁振動(dòng)控制與健康評(píng)估技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用也需要現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與調(diào)查。
四、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的健康監(jiān)測(cè)不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)新技術(shù)，而是被賦予了結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評(píng)估、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和研究與發(fā)展三方面的意義。隨著未來(lái)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(huì)更多的融入到橋梁的健康監(jiān)測(cè)中來(lái)，隨著人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系的不斷認(rèn)識(shí)和研究，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)會(huì)更加成熟和完善。
