亳州市涡河人民大桥健康监测设计研究

李红军

(安徽省公路工程检测中心,安徽 合肥 230022)

亳州市涡河人民大桥健康监测设计研究

李红军

(安徽省公路工程检测中心,安徽 合肥 230022)

在桥梁进行健康监测设计时，参数较多，为节省经济、监测合理、数据有效，对桥梁关键指标的选取尤为重要。以亳州市涡河人民大桥为背景,重点对健康监测设计在桥梁监测关键指标选取进行研究。

健康监测；关键指标；监测参数；数据有效

0 引 言

我国桥梁至今已达70多万座，目前桥梁运营安全问题日趋严峻，交通运输部于2007年印发关于《公路桥梁养护管理工作制度》的通知，并于2013年发布《交通运输部关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》，针对安徽省公路密度超出全国一倍，公路网级桥梁达3万多座的建设现状，对运营桥梁的受力状态和变形情况进行监测，及时掌握桥梁运行状态和发现早期病害，提高检修维护效率，是桥梁运营安全的重要技术保障[1-2]。

当前的桥梁健康监测系统大多是针对特大桥(如斜拉桥、悬索桥)而实施的，如芜湖长江大桥、马鞍山长江大桥，均建立了一套完整的以环境监测、桥梁结构性能监测、振动监测为主体的综合性大型桥梁结构长期监测系统[2-4]。对于加固后桥梁进行实时监测预警则显得尤为重要，通过安装健康监测系统来获取桥梁的实际结构信息、运营状态等指标，从而确保运营安全。

亳州市涡河人民大桥(图1)为双幅8跨普通钢筋混凝土简支T梁桥，跨径组合均为8×22.2 m。按桥梁所处方位，该桥分为东幅桥和西幅桥。T梁高为1.35 m，顶宽为1.58 m，腹板宽为0.18 m。下部结构均为双柱式桥墩，桩基础。该桥经过加固处理后，为监测桥梁的安全运营状态，建立了桥梁实时健康监测系统。本文详细介绍了加固处理后的桥梁健康监测的关键指标选取、监测具体参数。

图1 亳州市涡河人民大桥

1 监测设计

通过技术手段监测桥梁部分关键参数,获得关键参数的工作特征,并预测关键参数的发展趋势，为桥梁管理养护提出调整、维修或加固建议。

总体来看，本桥运营安全监测系统应完成以下任务：① 桥梁特征监测：对桥梁的动态特征(如振动模态、模态频率、模态阻尼比等)进行监测。② 桥梁响应监测：对大桥运营状态下变形进行监测，掌握大桥的实际受力状态和使用工作状况，预报可能存在的隐患或性能退化；对大桥的振动响应进行监测分析，掌握其动力性能，判断是否存在对大桥有害的振动。③ 根据所获得的信息，对大桥进行状态评估。④ 在系统投入使用初期，重点结合监测系统测得的信息，建立起精确可靠的预测模式，为长期稳定的检查维护计划制定做准备[5-8]。

1.1 关键指标选取

运营期桥梁监测关键指标的提取，需要结合大桥的结构计算分析和危险性分析、环境特点、使用需求等多方面，考虑监测部位、构件的全面性、代表性、重要性等进行综合分析以及根据该桥的特点以及管养单位的需要确定[9-10]。

(1) 因该桥净空较低且通航，为了监测船舶对桥梁的刮擦、碰撞等影响程度，对桥梁各墩柱倾斜进行实时监测。

(2) 根据桥梁检测结果，对该桥病害较严重的桥跨关键部位，进行挠度参数实时监测。

(3) 因该桥上部结构均为简支T梁，对该桥选取4跨进行振动响应监测，其中4跨包含病害较多和一般情况的桥跨。

1.2 主要监测内容

针对不同监测项目，分别布设相应的传感器进行监测，自动化监测项目及相应的传感器见表1，本方案设计的各监测项目测点布设位置情况见施工图2，各传感器采样数据量见表2所列。

表1 自动化监测项目及传感器一览表

表2 运营安全监测系统采集数据量预算表

图2 亳州市涡河人民大桥健康监测设备布置图

2 监测结果

(1) 按照系统设计，完成监测系统现场的安装以及调试，对采集数据进行现场比对、校准(桥梁动、静载试验)，确定传感器布设的正确及数据采集准确。

(2) 对数据采集、接口规则、传输、Internet网络的组建，数据库存储及Web发布整个系统进行联调。确保平台展现数据和现场采集数据一致及系统正常运行。

(3) 通过荷载试验数据，对采集系统进行报警值预设，对桥梁异常荷载或突发的隐患进及时报警，保证桥梁及时管养，科学决策。

通过长时间的数据采集，获得了大量的监测数据，并存储在数据库中，数据稳定且可靠，为桥梁安全状况评估提供依据。加速度与挠度数据时程曲线如图3、图4所示。

图3 桥梁挠度时程曲线

图4 桥梁加速度时程曲线

3 结束语

通过对该桥健康监测系统的建立，为桥梁正常运营起到保驾护航的作用。系统运营一段时间以后，发现采集数据及时、有效，满足设计要求，能充分反应桥梁的实际结构特征信息。

结合本桥案例，开发桥梁网级运行监测系统尤为必要，适时掌握各区域内长大桥梁的运营状况，为桥梁智能管理、科学决策将起到重要作用。

[1] 唐旋来，汪秉文.无线传感器网络在桥梁健康监测中的应用研究[J]．计算机技术与发展,2011(1):174～177.

[2] 苏木标，杜彦良．郑州黄河大桥远程振动监测系统研究报[J]．铁道学报,2006(6)：105～111.

[3] 张启伟.大型桥梁结构健康监测概念与监测系统设计[J]．同济大学学报，2001，29(1)：65～69.

[4] 朱 勇，符欲梅.大佛寺长江大桥健康监测系统[J]．土木工程学报，2005,38(10)：66～71.

[5] 张 驰.桥梁健康与安全监测系统的若干问题研究[J]．国外建材科技，2006(4)： 51～53.

[6] 宗周红，孙建林.下白石大桥健康监测系统的设计与研究[J]．铁道学报，2008,30(5)：65～71.

[7] 李 惠，周文松.大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究[J]．土木工程学报，2006,39(2)：46～52.

[8] 李爱群，缪长青.润扬长江大桥结构健康监测系统研究[J].东南大学学报(自然科学版)，2003,33(5)：544～548.

[9] 李东升，张 莹，任 亮，等.结构健康监测中的传感器布置方法及评价准则[J]．力学进展，2011，41(1)：39～50.

[10] 郭 健，孙炳楠.桥梁健康监测中的关键问题和损伤识别方法[J]．公路，2006，17(4)：108～116.

2016-11-24；修改日期：2016-11-28

李红军(1982-)，男，安徽宿州人，安徽省公路工程检测中心工程师．

U446

A

1673-5781(2016)06-0849-02