各类车载作用下跨中挠度数据分析——以平潭海峡大桥为例

刘 波

（惠州市惠阳区代建项目管理局，广东 惠州 516000）

随着国民经济建设的发展，大型桥梁的数量激增，桥梁成为我国基础建设的重要组成部分.国家“十三五”规划更是将水运基础设施建设布局提升为国家战略层面.但是，在享受桥梁带来的便利的同时，也出现了很多新的问题，2007年6月，九江大桥船撞桥断事故发生，桥段坍塌，共造成8人死亡［1］.2016年6月广东河源城南出口的匝道桥突然垮塌，行驶在匝道引桥上的4辆大货车瞬间栽落十几米高桥底，造成1死4伤.因此，桥梁结构健康监测对桥梁的有效运营有重要的现实指导意义.但，由于桥梁结构的复杂性，对结构健康状况的评价缺乏通用有效的量化指标，结构健康监测系统的设计与开发缺乏统一的标准和规程.浣石等［2］提出基于数字摄影图像处理技术的远距离面内小位移测量方法，实现了高精度测量远距离大跨度桥梁跨中的挠度.刘纲等［3］对桥梁跨中挠度与温度及荷载之间的关系研究表明：跨中挠度与温度计荷载有较好的相关性.

现在对桥梁监测研究多为挠度与单一荷载及温度的大概念研究，较少涉及不同种类车辆荷载对桥梁挠度影响的研究.基于数字图像处理技术，对平潭海峡大桥［4］进行跨中挠度监测，重点研究不同种类车辆荷载对桥梁挠度的影响.截取平潭海峡大桥通航2跨，由Revit建立2跨桥梁模型，其中将两台测量仪布置于中间桥墩柱上，标靶设置于桥梁跨中位置.车辆荷载对跨中挠度影响较大，对桥墩位移影响较小.测量仪观测标靶变化与初始状态对比，得到竖向和横向位移变化规律［5］.

图1 Revit构建测量仪布置图模型

图2 测量仪测点布置图

1 基本原理

在被测目标点位置处贴上一块合作标靶板，如图3所示.标靶板上有多个识别图像（对于不同的工程合作标靶板上的识别图像可以不同，形状也可以不同），通过拍摄合作标志图像，并通过软件处理得到被测点的平面内位移.

图3 合作标靶板及合作标志点

监测系统由图像采集系统、监测软件、监测工作站组成.监测桥梁挠度时，在主梁挠度测点上布置合作标靶，并在远处放置图像采集系统，图像采集系统实时的采集目标合作标志的图像，然后通过千兆网卡传输到监测工作站中，由监测软件处理并保存数据，同时将处理完的图像删除.在实际中，摄影测量系统的组成设备和方法是多种多样的，但是一个图像硬件系统通常都包括五个必不可少的主要部分：光学成像设备、数字化设备、图像存储设备、计算处理器、图像显示和输出设备，如图4所示：

图4 数字图像系统的硬件流程图

2 监测数据

实测数据中包含诸多非主要的影响因素.本文截取A测量仪实时监测2015年4月13日10:52:52—2015年4月13日10:53:13挠度-时间曲线，B测量仪作为复检仪器.通过限制车速在60km/h以内，观测跨中位置前后100m左右，不同载荷车辆对Y方向位移影响如下：

图5 小型面包车：载重约为1.5吨Y向挠度变化知为：0.16mm

图6 小型越野车：载重约为2吨Y向挠度变化知为：0.17mm

图7 公交车：载重约为7吨Y向挠度变化知为：0.18mm

图8 小型集装箱货车：载重约为15吨Y向挠度变化知为：0.5mm

图9 重型集装箱式货车：载重约为18吨Y向挠度变化知为：0.7mm

图10 重型集装箱式货车+大巴车：载重约为30吨Y向挠度变化知为：1.1mm

3 挠度数据分析

车辆荷载与跨中挠度具有相关性，已通过相关领域中的诸多专家学者的认同.对上述实际数据的分析，列举跨中挠度与车辆荷载之间的关系曲线：

图11 跨中挠度-车辆荷载关系曲线

由图11可知，在活荷载加载前期，跨中挠度增长较为迟缓，加载后期，随着荷载增加，跨中挠度增长率明显增大.同时，车辆荷载作为影响挠度的主要因素与跨中挠度的具有正相关性.

4 结论

通过对平潭海峡大桥跨中挠度数据的长期监测，并且对挠度与车辆荷载相关性的分析可得出以下结论：

其一，车辆荷载是跨中挠度变化的主要影响因素，跨中挠度与车辆荷载成正相关性.

其二，活荷载7.5吨前期，跨中挠度增长率较小，活荷载加载到7.5吨后期，跨中挠度增长率较大.