城市立交桥梁安全监测应用研究

黎 兆 丰

(广州市交通设计研究院有限公司，广东 广州 511430)

1 工程背景

某立交桥是连接广州与佛山的主要通道，已运营20多年。主梁曲梁段部分段出现了严重的横向偏移，墩柱底部出现了环向裂缝。

2 监测目的与内容

2.1 监测目的

经现场检查分析发现，桥梁下部结构密集出现裂缝，经分析可能由于主梁曲线段墩柱长期在温度应力与动荷载离心力的作用下，而使构件达到破坏状态。

在部分已出现问题的桥梁构件上安装监测设备，监测构件在运营期间的状态情况。一方面，通过监测，实时了解结构的状况，为桥梁可能出现的不安全状态提供预警；另一方面，通过数据，分析问题产生的原因，为桥梁加固或拆除提供有效的依据。

2.2 监测内容

建立监测系统，利用设备对主桥曲线段梁体横向偏移区域(1号～3号墩)的墩柱进行监测。

针对桥梁构件出现的不同问题，采取不同的监测方式。对于裂缝的测量，采用应变计测量。对于变形，采用倾角传感器与位变计分别测量墩柱的倾斜变化、主梁与桥墩间的相对位移变化。

3 监测方案

桥梁监测系统由软件及硬件组成。现场由传感器和采集模块获得实时数据，然后通过信号电缆传输至现场采集仪器，再利用4G通信模块通过远程无线方式发送至云平台。云平台上搭设数据处理系统，计算机可以通过网络获取相应数据。

3.1 裂缝监测

对桥曲线段梁体横向偏移区域的1号～3号墩柱底部，采用振弦式应变计进行裂缝监测，每根柱子布置1个，共6个。应变计与裂缝方向垂直。

3.2 几何监测

通过位变计测量梁与墩柱的变位情况，在1号～3号墩墩顶布置6个测点。

通过倾角随时间变化曲线分析墩柱变位情况，在梁体布置2个倾角测点，在墩顶(1号～3号墩)布置6个倾角测点。

以1号轴为例，布置位置如图1所示。具体布置位置及测点设备见表1。

表1 监测设备布置表

4 监测控制成果

4.1 温度监测结果

监测期间，桥梁结构温度监测结果如图2所示。结构温度变化符合当地气候温度变化。

4.2 位移监测结果

墩梁相对位移监测结果如图3所示。可以看出，在监测期间，位移计变化情况基本一致；同时，结合温度监测结果可发现，位移变化与温度变化有明显的关系，随着温度的下降，主梁向曲线内侧进行偏移；而随着温度上升，主梁内侧偏移量减小，逐渐恢复至原状；而随着温度逐渐上升，主梁有往外侧偏移的趋势。

4.3 裂缝宽度监测结果

裂缝宽度监测结果如图4所示。可以看出，在监测期间，应变计变化情况基本一致，裂缝宽度变化与温度变化有关系，一方面随着温度的下降，主梁往内侧偏移，墩柱墩顶往内侧偏移，墩柱下部裂缝在内侧部位闭合；另一方面，温度下降，混凝土收缩也导致裂缝闭合。

由图4可看出，部分裂缝由监测初始状态变化至-0.2 mm，由此可知，构件从完整状态到开裂状态，裂缝扩展、闭合，周而复始，从而导致墩柱下部严重破坏。

4.4 墩柱倾角监测结果

墩柱倾角监测结果如图5所示。可以看出，在监测期间，倾角变化情况基本一致，倾角变化与温度变化有关系，随着温度的下降，墩顶往内侧倾斜；而随着温度上升，墩顶逐渐恢复至原状。倾角变化情况受温度影响大，可看出，墩柱受到主梁的偏移而倾斜，随主梁的恢复而恢复；墩柱下部在此种状态下而造成破坏。

5 结语

本文以某座运营多年的城市立交桥为背景，在部分已出现问题的桥梁构件上安装监测仪器，监测问题构件在立交桥梁运营期间的状态情况。通过监测，可得出以下结论：

1)由于进行监测时，当地天气达到较高的温度，而监测的构件也已有一定程度的破坏和变形，因此，监测初始状态并不是桥梁最原始的状态，监测结果不能完全真实显示桥梁构件的破坏程度，但仍能反映出结构受破坏的状态及变化，达到监测的目的。

2)桥梁结构会受到温度影响，而且造成的影响不能忽视。由于温度的下降，本文中桥梁弯曲段部分，主梁往内侧偏移，墩柱往内侧倾斜，而温度上升，构件恢复；周而复始的温度变化，致使构件破坏。

3)在桥梁进行设计时，应该充分考虑温度效应的影响，尤其针对宽度较大的混凝土梁桥，除了要进行结构承载能力中温度效应的验算，还要考虑温度对桥梁变形的影响。