65m系杆拱桥健康监测数据分析_李贵祥.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言该65m系杆拱桥为下承式预应力混凝土系杆拱结构。因此，对桥梁运营期进行健康监测尤为必要。本文介绍了该桥健康监测系统测点布设方案，随后结合理论计算结果，对该桥已采集的监测数据进行分析，为运营期桥梁的养护和下一步监测的重点提供方向，也为同类桥梁的健康监测数据分析提供参考1。2工程概述该65 m系杆拱桥跨越京沪高铁，属于重点关注桥梁，对该桥主要受力构件进行加固维修，资金投入较高，施工工艺复杂，在加固维修前需要建立一套健康监测系统对桥梁情况进行监控。该桥标准跨径65.7 m，计算跨径65 m，主要由系梁、吊杆、拱肋、桥面板、横撑及横梁组成，其中系梁2道，吊杆30根，拱肋2道，桥面板16块，横撑3道，横梁17道。拱肋采用钢筋混凝土结构，拱肋截面为宽1.3 m、高1.1 m的矩形截面，计算矢高12m，矢跨比约为1/5.417，两片拱肋的中心距离为17.5m。系梁为预应力混凝土结构，矩形截面，高2.3 m，宽1.5 m。横梁为预应力混凝土结构，分为端横梁与中横梁，长度均为27.0 m。全桥设置吊杆30根，吊杆间距为4 m。主桥桥型立面图见图1。65.7主跨图 1主桥桥型立面图（单位：m）3测点布设方案该桥安全监测系统采监测内容有：结构振动、吊杆索力、系梁挠度。根据监测内容的特点，结合大桥计算分析结果，确定监测方法与测点数量如表1所示，监测点布置见图2。表 1安全监测测点汇总监测内容监测设备数量结构振动吊索索力系梁挠度伺服加速度传感器压电式加速度计静力水准仪4 台14 支5 台65m 系杆拱桥健康监测数据分析Analysis of Health Monitoring Data of 65 m Tied Arch Bridge李贵祥，杜世康（北京九通衢检测技术股份有限公司，北京 100000）LI Gui-xiang,DU Shi-kang(Beijing Jiutongqu Testing Technology Co.Ltd.,Beijing 100000,China)【摘要】对某 65 m 系杆拱桥的结构振动、吊杆索力、主梁挠度进行长期监测。对比该桥有限元计算结果，对已采集的监测数据进行了分析，评估了该桥的使用状况，指明后期管养和监测重点方向。结果表明：该桥总体处于安全、可控的状态，但也存在桥梁振动过大的情形，应对高铁过桥进行持续关注。【Abstract】Based on the long-term health monitoring of a 65m tied arch bridge,the structural vibration,suspender cable force and mainbeam deflection are monitored for a long time.By comparing the finite element calculation results of the bridge,the collected monitoringdata were analyzed,and the service status of the bridge was evaluated,which pointed out the key direction for the later maintenance andmonitoring.The results show that the bridge is generally in a safe and controllable state,but there are also cases of excessive vibration of thebridge,which should be paid continuous attention to by high-speed rail crossing the bridge.【关键词】系杆拱桥；健康监测；数据分析【Keywords】tied arch bridge;health monitoring;data analysis【中图分类号】U446【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0116-04【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.035【作者简介】李贵祥（1990），男，山东潍坊人，工程师，从事结构工程检测与研究。1164理论计算4.1有限元模型利用Midas Civil软件将各构件简化为空间杆系结构。其中，采用梁单元模拟拱肋、系梁、横撑、桥面纵横梁等构件，采用桁架单元模拟吊杆，采用板单元模拟桥面板。边支座按实际支座约束方向采用一般支承。有限元模型如图3所示。图 3结构有限元模型4.2计算结果4.2.1吊杆索力汽车荷载作用下，吊杆索力如图4所示，所有吊杆索型号均采用487的高强钢丝束，fpk=1 670 MPa，吊杆最大增量36.8 MPa。4.2.2系梁挠度汽车荷载作用下，系梁1/4处、3/4处最大竖向位移为9mm，系梁跨中处最大竖向位移为7.5 mm。如图5所示。4.2.3动力特性分析桥梁结构在实际的动荷载作用下，结构各部位的动力响应如振幅、应力、位移、加速度等，不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态，也反映了动力作用对司机、乘客舒适性的影响2。结构的动力特性是结构振动系统的基本特性，是进行结构动力分析所必需的参数3。该桥竖向一阶振型及相应的自振频率f1=1.875 Hz，图6为主梁的一阶振型图。5监测数据分析与评估本文监测数据采集的时间范围为2022年全年数据，通过建立有限元模型，计算桥梁各参数阈值，取阈值的60%为一级预警值，80%为二级预警值，100%为3级预警值。图 4吊杆索力结果（单位：kN/m2）图 2结构安全监测测点布置图MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计银河南路银河北路光纤应变计光纤温度计索力计静力水准仪（连通管）网络摄像机伺服加速度计光纤应变计光纤温度计索力计静力水准仪（连通管）网络摄像机伺服加速度计117Construction&DesignForProject工程建设与设计图 5结构变形结果（单位：m）5.1结构振动在主桥1/4跨、3/4跨两个截面布设振动测点，共计布设4个测点（见图2），对主桥的竖桥向振动进行监测，通过对2022年度主梁振动数据进行统计分析，结果如图7所示，由结果可知，主梁振动最大值均超过二级预警值，已达到车辆驾驶员不舒适的振动强度，分析由高铁穿越引起。aCE1-1 测点bCE1-2 测点cCW1-1 测点dCW1-2 测点图 7主梁振动测点数据分析结果5.2吊杆索力对该桥AE3-1、AE3-4、AE3-7等14根吊杆进行索力监测。监测数据显示，大桥吊杆索力平稳。将2022年监测到的AE3-1、AE15、AW3-1、AW3-8索力与索力阈值比较（见图8）可知，现场吊杆拉力大小均在一级预警值之内，吊杆的强度满足规范要求，且有明显富余。aAE3-1 测点图 6结构竖向一阶振型118bAE3-15 测点cAW3-1 测点dAW3-8 测点图 8吊杆索力测点数据分析结果5.3主梁挠度通过对2022年度主梁位移数据进行分析，结果如图9所示，由结果可知，现场测点个别时段最大位移值超过3级预警值，各测点同时响应，原因分析为高铁通行振动影响所致，FE1-2测点最大位移值总体数据在1级预警值之内、FE1-3测点最大位移值总体数据在3级预警值之内，FE1-4测点最大位移值总体数据在2级预警值内。6结论对本桥健康监测数据分析表明：主要技术指标主梁位移平均值均在7 mm之内，主梁位移未达到满载设计值，主梁位移状态正常；现场吊杆索力平均值为150 kN以内，均未超过预警值180 kN，吊索工作状态正常；测点振动值本月上旬各测点，最大值普遍在3000g附近，主梁振动已达到车辆驾驶员不舒适的振动强度，分析由高铁穿越引起。根据上述数据分析本桥主体受力处于合理范围之内，桥梁运行安全4。1）由分析结果可知，主梁位移最大值个别时段超出3级预警值，对应位置索力未超出预警值，分析为高铁振动所致，位移平均值数据少数超过3级预警值，主梁位移未达到满载设计值，荷载作用未达到桥梁承载能力设计值，主梁位移状态正常。2）现场吊杆索力增量平均值均未超过预警值，吊索工作状态正常。3）主梁振动最大值均超过二级预警值，已达到车辆驾驶员不舒适的振动强度，分析由高铁穿越引起，现场巡查未发现明显结构缺陷。【参考文献】1王银刚,程华强,廖景胜,等.新河大桥健康监测系统设计与数据分析J.结构工程师,2022,38(2):145-152.2罗明明.桥梁健康监测系统数据处理与分析技术研究D.重庆:重庆大学,2015.3唐浩,谭川,陈果.桥梁健康监测数据分析研究综述J.公路交通技术,2014(5):99-104.4杨勇,胡帮义.基于健康监测系统的系杆拱桥安全评估J.实验室研究与探索,2017,36(2):5-9.【收稿日期】2023-01-10aFE1-2 测点bFE1-3 测点cFE1-4 测点图 9主梁位移测点数据分析结果MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计119