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橋梁空心板裂縫監(jiān)測(cè)方案
更新時(shí)間：2021-04-10 17:51
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      本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)空心板橋裂縫類病害較多、對(duì)橋梁安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成危脅的實(shí)情，介紹一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的空心板裂縫監(jiān)測(cè)方法，以了解其狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)決策安排對(duì)空心板的維修加固，保證空心板橋的正常服役，延長(zhǎng)空心板橋的使用壽命。 
　　【關(guān)鍵詞】橋梁工程；空心板；裂縫；監(jiān)測(cè) 
　　在我國(guó)橋梁的上部結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力混凝土空心橋因其運(yùn)輸、施工及安裝上的巨大優(yōu)勢(shì)，在中、小跨徑橋梁中應(yīng)用十分廣泛。然而，對(duì)國(guó)內(nèi)眾多空心板橋的歷次定期檢查中，均會(huì)發(fā)現(xiàn)部分空心板底縱、橫向裂縫較多，且部分裂縫縫寬已超過(guò)規(guī)范限值的現(xiàn)象。為保證空心板橋的正常服役，在養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)尚不能滿足對(duì)所有縫寬超過(guò)規(guī)范限制的空心板進(jìn)行徹底維修處治的背景下，對(duì)空心板板底橫、縱向裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)以了解其狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)有很大的現(xiàn)實(shí)意義與必要性。本文從對(duì)某高架橋空心板實(shí)施裂縫監(jiān)測(cè)出發(fā)，介紹一種有效的空心板裂縫監(jiān)測(cè)方法。 
　　1 工程背景 
　　某高架橋地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的近海省份，交通流量較大，2011年檢查發(fā)現(xiàn)空心板底少量橫向裂縫，部分板底橫向裂縫甚至貫通，延伸至腹板，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性均有較大不利影響，因此曾多次進(jìn)行過(guò)加固處治。從歷次檢查的結(jié)果對(duì)比來(lái)看，部分裂縫縫寬已超過(guò)規(guī)范限值，橫、縱向裂縫在縫長(zhǎng)和縫寬方面均有一定程度發(fā)展。 
　　該橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造均為預(yù)制空心板（先簡(jiǎn)支后轉(zhuǎn)換成連續(xù)梁板），單幅橋面橫向布置為0.5m（防撞護(hù)欄）+14.75m（橋面）+0.5m（防撞護(hù)欄），由16塊空心板組成，邊板寬99cm，中板寬99.5cm，高70cm，板間用鉸縫連接，上部結(jié)構(gòu)橫斷面布置如圖1。 
　　2 監(jiān)測(cè)目的 
　　公路橋梁的使用期長(zhǎng)，交通量大，疲勞效應(yīng)與突變效應(yīng)等因素的耦合作用將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減。具體表現(xiàn)為：（1）環(huán)境惡劣，腐蝕效應(yīng)明顯；（2）疲勞效應(yīng)和疲勞累積損傷突出；（3）橋梁結(jié)構(gòu)的冗余度相對(duì)較小。針對(duì)高速公路空心板橋結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可把握結(jié)構(gòu)損傷、抗力衰減及其演化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、耐久性評(píng)定與預(yù)測(cè)。對(duì)重大工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)、維修與控制的科學(xué)決策，保證結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行具有重要的工程意義和社會(huì)價(jià)值 。 
　　對(duì)本次擬進(jìn)行監(jiān)測(cè)高架橋而言，可以在正常通車(chē)條件下，通過(guò)對(duì)裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果分析來(lái)判斷、評(píng)價(jià)縱、橫向裂縫的狀態(tài)和變化規(guī)律，并分析判斷此類橫向裂縫采用加固措施的效果，為橋梁管養(yǎng)單位后期采取合理措施提供建議與參考。 
　　3 監(jiān)測(cè)方案 
　　裂縫寬度是裂縫發(fā)展程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般可通過(guò)裂縫觀測(cè)儀對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，但長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的用儀器直接對(duì)裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量十分不便。應(yīng)變反映的是結(jié)構(gòu)變形的相對(duì)變化，是橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和安全評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，測(cè)量的手段較多。本監(jiān)測(cè)方案中擬通過(guò)跨縫安裝應(yīng)變傳感器，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變形的方法來(lái)監(jiān)測(cè)裂縫的發(fā)展水平 ，同時(shí)輔助裂縫觀測(cè)儀測(cè)量裂縫寬度值作為應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。 
　　3.1 測(cè)點(diǎn)的選擇 
　　經(jīng)對(duì)歷次檢查發(fā)現(xiàn)的板底裂縫的形態(tài)比較發(fā)現(xiàn)，大部分縱向裂縫位于板底1.5m～13.5m的橋跨范圍內(nèi)，普遍位于板底中部，基本較為連續(xù)，縫長(zhǎng)差異較大，縫寬大部分小于0.15mm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的板底橫向裂縫，已基本進(jìn)行了維修處治，單板板底出現(xiàn)橫向裂縫數(shù)量較少，且出現(xiàn)板底橫向裂縫的板較為分散。為使裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果具有代表性，應(yīng)選擇裂縫特性（縫長(zhǎng)、縫寬、位置）在橋各跨中比較普遍的裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最終選擇測(cè)點(diǎn)如表1。 
　　3.2 傳感器的安裝 
　　傳感器是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，傳感器安裝的質(zhì)量直接決定著所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和可信度。結(jié)合本監(jiān)測(cè)所選用的傳感器的特點(diǎn)，器安裝主要分為以下步驟：（1）混凝土面的打磨與清灰；（2）傳感器底座的黏貼；（3）傳感器測(cè)桿與螺旋測(cè)頭的安裝；（4）傳感器的調(diào)零。最終本監(jiān)測(cè)傳感器安裝后的實(shí)景如圖2。 
　　3.3 數(shù)據(jù)的采集 
　　數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性、完整性、準(zhǔn)確性是對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫狀態(tài)進(jìn)行合理評(píng)估的前提。 
　　由于本監(jiān)測(cè)擬對(duì)空心板裂縫進(jìn)行適時(shí) 監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括汽車(chē)荷載下最大響應(yīng)峰值的采集和基準(zhǔn)值的采集。前者一般在上午十點(diǎn)到十二點(diǎn)左右或下午四點(diǎn)到傍晚六點(diǎn)左右，后者通常在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工完畢，并將系統(tǒng)調(diào)試和檢測(cè)完畢后，選擇其中一天的晚上十二點(diǎn)至次日清晨三點(diǎn)進(jìn)行橋梁在溫度等作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集，以此作為后期數(shù)據(jù)處理和裂縫狀態(tài)狀況評(píng)估的參考點(diǎn)。擬定每月進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，每半年一小結(jié)，一年出具監(jiān)測(cè)報(bào)告。 
　　數(shù)據(jù)采集的時(shí)間、頻率在前期按照原方案進(jìn)行，后期根據(jù)前期的測(cè)量分析結(jié)果和分析的要求。當(dāng)出現(xiàn)特殊的氣候、交通條件下和橋梁運(yùn)營(yíng)狀況異常時(shí)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。 
　　3.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析與評(píng)價(jià) 
　　本監(jiān)測(cè)方法中主要通過(guò)測(cè)試測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，然后將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為縫寬來(lái)間接測(cè)試縫寬的變化情況 ，并采用裂縫寬度儀進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證。因此監(jiān)測(cè)以應(yīng)變監(jiān)測(cè)為主，同時(shí)觀測(cè)裂縫長(zhǎng)度。所以主要利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的基準(zhǔn)值與汽車(chē)荷載作用下的響應(yīng)峰值兩個(gè)重要信息對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，其中基準(zhǔn)值為除去汽車(chē)荷載的環(huán)境（如溫度作用等）激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的應(yīng)變響應(yīng)。由于裂縫監(jiān)測(cè)是根據(jù)結(jié)構(gòu)在同一位置上不同時(shí)間的測(cè)量結(jié)果的變化來(lái)識(shí)別裂縫的狀態(tài)，所以本項(xiàng)目中主要通過(guò)不同時(shí)期的基準(zhǔn)值的對(duì)比，并參考汽車(chē)荷載作用下的響應(yīng)峰值的對(duì)比結(jié)果來(lái)分析判斷裂縫是否存在明顯發(fā)展趨勢(shì)和變化規(guī)律。 
　　4 結(jié)論 
　　空心板縱、橫向裂縫普遍存在，以此作為空心板病害的監(jiān)測(cè)對(duì)象極具代表性，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果分析可以較好的來(lái)判斷、評(píng)價(jià)縱、橫向裂縫的狀態(tài)和變化規(guī)律，并分析判斷不同裂縫加固措施的實(shí)施效果。 
　　通過(guò)橋梁空心板裂縫的監(jiān)測(cè)，建立服役橋梁的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，起到確保橋梁安全運(yùn)營(yíng)，延長(zhǎng)橋梁使用壽命的作用，同時(shí)通過(guò)早期發(fā)現(xiàn)橋梁病害能大大節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用，可以避免頻繁大修關(guān)閉交通所引起的重大損失。 
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