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摘 要：我国在近几十年修建了大量的大跨径混凝土梁桥。随着运营时间的逐渐积累，此类桥梁逐渐出现以梁体开裂和跨中下挠过大为主的病害，这些病害如果没有得到及时的发现并处理，任由其发展将会对结构产生重大损伤，严重时可能会造成桥塌等事故，导致重大经济损失和人身伤亡。针对这类桥梁，论文从科学合理与经济实用的角度出发，重点对实时监测其测点的布设进行分析，以较好把握桥梁的健康状况。
关键词：大跨径混凝土梁桥；长期监测；测点布设
1概述
我国大跨径混凝土梁桥主要建于近30年，就目前情况而言，这种结构形式的桥梁普遍存在箱梁梁体开裂和跨中下挠等病害，如湖北省谭家梁子大桥、横沥大桥、风陵渡黄河公路大桥、虎门大桥辅航道桥等桥梁。这些病害将影响桥梁结构的正常使用、耐久性以及美观性，还会引起超静定结构的内力重分布，严重时将导致结构承载能力的降低，乃至危及桥梁安全。
但就目前而言，我国在对大跨径混凝土梁桥病害缺乏必要的追踪，往往是等到病害已成型甚至已到达相当严重的地步才发觉并采取相应措施，但这时已显得有些为时已晚。纵观国内大跨径混凝土梁桥的运营情况，对其实施适当的长期监测已非常有必要。
2 测点的布设研究
2.1 应力测点布设
1）断面选择
大跨径混凝土梁桥在运营期一般存在腹板裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、横隔板裂缝、齿板裂缝等。但在监测过程中，我们通常更为关心其腹板裂缝、横向裂缝、纵向裂缝的发展状况。这主要是由于这三种裂缝对结构的影响较大，且通常在运营期发生，发生部位具有一定的规律性，其出现在一定程度上体现了结构的安全状况的演变过程。因此，如果能对桥梁结构的这三个裂缝的发展进行监测，基本可以达到应力监测的目的；而横隔板裂缝、齿板裂缝属于局部裂缝，通常是在成桥时便已成型，与结构运营状况关系不大，通常可以通过对桥梁进行人工检测即可。
其监测断面可定于各跨墩顶截面、墩顶附近1/4L截面（分中跨、边跨两种）、中跨跨中截面、边跨端部1/4L截面。考虑到，如果在所有桥跨结构都按上述确定的监测断面布设应力传感器，所需传感器数量较多，监测成本将因此而提高不少；同时，由于在监测过程中，还会对各跨的挠度以及动力特性进行监测，这些监测结果对结构的应力情况也有一定的参考作用。因此，为节省成本，对其应力监测，可以不必对所有桥跨都布设应力传感器，只取桥梁的1/2结构进行监测，如图1所示。如若桥梁并非对称结构，则可取受力相对更不合理的1/2结构进行监测。
图1 大跨径混凝土梁桥应力监测断面示意图
2）断面测点位置
对于各监测断面，应力测点具体位置，则应视所选用的应变计类型不同而有所不同。桥梁长期监测可能用到的应变计有埋入式应变计与表面式应变计。当选用埋入式应变计对混凝土内部应力进行监测时，各截面测点可按以下原则布置：
（1）在各跨墩顶1/4L截面处（连续梁式桥）以及端部1/16L截面（简支梁桥）处，通常只出现腹板斜裂缝，因此在该截面处只需在腹板中性轴位置进行应力监测即可，需监测其主拉应力的大小。
（2）在中跨跨中截面（多跨连续梁式桥、简支梁桥）、边跨端部1/4L截面（多跨连续梁式桥）以及墩顶3/5L截面（两跨连续梁式桥）处，属于正弯矩控制断面，通常容易出现底板横向裂缝、腹板下缘竖向裂缝，以及顶、底板的纵向裂缝，同时顶板与腹板交接处压应力也较大。因此，这两处截面的应力测点宜布置在底板中部（需监测正应力以及横向应力）、底板与腹板交接处（需监测正应力）、顶板中部（需监测横向应力）、顶板与腹板交接处（需监测正应力）。
（3）在墩顶位置处，属于负弯矩控制断面，顶板易出现横向裂缝和纵向裂缝，同时底板压应力也较大，因此，此处截面处的应力测点宜布置在顶板与腹板交接处（需监测正应力）、顶板中部（需监测正应力与横向应力）、底板中部（需监测正应力）、底板与腹板交接处（需监测正应力）。
（4）对各截面应力测点布设时，顶、底板正应力测点应尽量朝截面边缘布置，但不可破坏混凝土保护层，一般可离截面边缘5cm左右；横向应力测点则应布置在顶、底板中部；主拉应力测点位置则应布置于腹板中部。
（5）当监测对象是已建成的桥梁时，通常需采用表面式应变计对截面进行监测。应变计应全部安装于箱梁内部表面，这主要是考虑到若安装于顶板桥面部位，应变计在车辆的作用下容易失效且读数不准确；而在腹板外侧、翼板下缘、底板外侧，应变计安装将非常困难。
2.2 挠度测点布设
对于大跨径混凝土梁桥，跨中下挠过大是这类桥梁的一大病害之一，因此，主跨跨中截面挠度情况必须进行监测，而主跨跨径通常较长，为分析全桥结构的整体线形，还应对1/4L截面进行监测；同时为了解各墩台位置在运营阶段的沉降，也应对墩台截面监测其竖向位移；而对于边跨，其挠度测点位置，可定于边跨挠度最大值处。
挠度监测断面可定为跨中截面、中跨墩顶1/4L截面、墩顶截面、边跨墩顶2/3L截面以及端部截面，如图2所示，可基本满足监测要求。
图2 连续梁桥挠度监测断面
2.3 动力测点布设
对于大跨径混凝土梁桥，这类桥梁跨径一般较大，跨数也偏多，动力特性相对要大，其测点位置并不能简单的按动力响应最大值所处截面确定。对于多跨连续梁桥的动力特性，通常我们所关心的是第一振型。其动力监测测点位置可确定为边跨墩顶3/5L截面、中跨墩顶1/4L截面、中跨跨中截面，如图3所示。在这些截面处对其进行动力监测，能够较好地模拟出结构前3阶竖向动力振型，达到对动力监测的要求。
图3 连续梁桥动力监测截面示意图
2.4 温度测点
对于温度监测，通常包括有桥梁环境温度的监测与桥梁结构内部的温度监测。桥梁环境温度的监测，其目的是记录全桥结构所处系统温度，以便在数据处理时分离其温度效应。桥梁结构内部的温度监测，其目的主要是对应力传感器的读数进行修正。截面梯度温度虽然对结构响应具有一定的影响，尤其是对截面应力值，但目前在数据处理中针对截面梯度温度并没有合适的处理方法，通常做法是只对应力传感器的读数进行修正。
对于桥梁环境温度监测，由于桥梁跨度相对不大，通常可视为全跨范围内环境温度相同，因此，其测点位置通常可设置于桥头某处，当方便安装时也可安装于桥中某位置。
对于桥梁结构内部的温度测点，如果是未建成的桥梁，其温度监测可以通过在应力传感器内嵌热敏电阻进行监测，或部分传感器同时具备监测温度的功能，因此其测点可与应力测点一致。对于已建成的桥梁，为避免对梁体结构的破坏，其结构内部温度无法监测，此时，也可在应力传感器上内嵌热敏电阻，对结构表面温度进行监测。
2.5 车辆荷载测点布设
对车辆荷载的监测，通常是通过动态地秤对其进行监测。为了使其不影响车辆行驶，动态地秤在安装好后其表面应与地面齐平。动态地秤通常布置于桥头附近位置，建议其端部与桥头距离在100m左右，这样可使得安装动态地秤不对桥梁结构造成任何影响。
对车辆荷载的监测，通常还辅以配置摄像头对其进行录像、拍照等，以便记录行驶车辆的外观、车牌号等信息。摄像头可布置于靠近桥台侧的动态地秤端部上空。
2.6 支座反力测点布设
对桥梁支座反力，通常是采用反力传感器对其进行监测。为分析各个支座反力情况，需对每个支座均安装反力传感器。对于单个支座安装多个反力传感器，应注意进行使支座反力传感器均匀布置，以便均匀受力。
3.小结
本文对桥梁实时监测项目进行了重点分析，确定了主梁应力监测、主梁挠度监测、动力监测、温度监测、车辆荷载监测、支座反力监测的测点布设位置，得出了适应于这类桥梁实时监测的监测仪器。
参考文献
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论文作者:蒋晨隽,贾史行
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年1月下
论文发表时间:2017/5/11
标签：应力论文; 截面论文; 桥梁论文; 腹板论文; 裂缝论文; 结构论文; 挠度论文; 《建筑学研究前沿》2017年1月下论文;