橋梁監(jiān)控、橋梁檢測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)比較
2011-06-29 來(lái)源:網(wǎng)易博客
 在大跨徑懸索橋、斜拉橋、拱橋和連續(xù)剛構(gòu)橋的平衡懸臂澆筑施工中,其后一塊件是通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋及砼與前一塊件相接而成,因此,每一施工階段都是密切相關(guān)的。為使結(jié)構(gòu)達(dá)到或接近設(shè)計(jì)的幾何線形和受力狀態(tài),施工各階段需對(duì)結(jié)構(gòu)的幾何位置和受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),根據(jù)測(cè)試值對(duì)下一階段控制變量進(jìn)行預(yù)測(cè)和制定調(diào)整方案,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施工控制。   

    由于建橋材料的特性、施工誤差等是隨機(jī)變化的,因而施工條件不可能是理想狀態(tài)。 因此,決定上部結(jié)構(gòu)每一待澆塊件的預(yù)拱度具有頭等的重要性。

    雖然可采用各種施工計(jì)算方法算出各施工階段的預(yù)拋高值、位移值、撓度,但當(dāng)按這些理論值進(jìn)行施工時(shí),結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形卻未必能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

    這主要是由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的諸如材料的彈性模量、構(gòu)件自重、砼的收縮徐變系數(shù)、施工臨時(shí)荷載的條件等設(shè)計(jì)參數(shù),與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來(lái)的參數(shù)不完全一致而引起的;或者是由于施工中的立模誤差、測(cè)量誤差、觀測(cè)誤差、懸拼梁段的預(yù)制誤差等;或者兩者兼而有之。

    這種偏差隨著懸臂的不斷加伸,逐漸累積,如不加以有效的控制和調(diào)整,主梁標(biāo)高最終將顯著地偏離設(shè)計(jì)目標(biāo),造成合龍困難,并影響成橋后的內(nèi)力和線形。

    所以,橋梁施工監(jiān)控就是一個(gè)施工→量測(cè)→識(shí)別→修正→預(yù)告→施工的循環(huán)過(guò)程。

    其最基本的目的是確保施工中結(jié)構(gòu)的安全,保證結(jié)構(gòu)的外形和內(nèi)力在規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)符合設(shè)計(jì)要求。

橋梁施工監(jiān)控的內(nèi)容主要包括成橋理想狀態(tài)確定,理想施工狀態(tài)確定和施工適時(shí)控制分析。

    成橋理想狀態(tài)是指在恒載作用下,結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)線形和理想受力狀態(tài);

    施工理想狀態(tài)以成橋理想狀態(tài)為初始條件,按實(shí)際施工相逆的步驟,逐步拆去每一個(gè)施工項(xiàng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,從而確定結(jié)構(gòu)在施工各階段的狀態(tài)參數(shù)(軸線高程和應(yīng)力),一般由倒退分析法確定;

    施工適時(shí)控制是在施工時(shí),根據(jù)施工理想狀態(tài),按一定的準(zhǔn)則調(diào)整,通過(guò)對(duì)影響結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力主要設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別進(jìn)行修正,使結(jié)構(gòu)性能、內(nèi)力達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。

 在建立了正確的模型和性能指標(biāo)之后,就要依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和控制參數(shù),結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等,輸入前進(jìn)分析系統(tǒng)中,從前進(jìn)分析系統(tǒng)中可獲得結(jié)構(gòu)按施工階段進(jìn)行的每階段的內(nèi)力和撓度及最終成橋狀態(tài)的內(nèi)力和撓度。

 接著,假設(shè)成橋時(shí)為理想狀態(tài),對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆,利用前進(jìn)分析所得的數(shù)據(jù),可獲得使橋梁結(jié)構(gòu)最終為理想狀態(tài)的各階段的預(yù)拋高值,得出各施工階段的立模標(biāo)高以及砼澆筑前、砼澆筑后、鋼筋張拉前、鋼筋張拉后的預(yù)計(jì)標(biāo)高。

 然后通過(guò)卡爾曼濾波器,預(yù)告出各階段的實(shí)際狀態(tài)值,再由最后的最優(yōu)控制,結(jié)合實(shí)際觀測(cè)疽,得出最優(yōu)調(diào)整方案,最終完成整個(gè)控制過(guò)程。

    以上這三大系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)完成。

 簡(jiǎn)單介紹橋梁監(jiān)控中用到的前進(jìn)分析、倒退分析和誤差分析。

(1)  前進(jìn)分析

前進(jìn)分析的目的在于確定成橋結(jié)構(gòu)及各施工階段的受力狀態(tài)。這種計(jì)算的特點(diǎn)是:隨著施工階段的推進(jìn),結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在不斷改變,前期結(jié)構(gòu)發(fā)生徐變和幾何位置的改變,因而,前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。前進(jìn)分析的計(jì)算可按有限元方法進(jìn)行,目前,此類計(jì)算已有軟件提供。

(2) 倒退分析

前進(jìn)分析系統(tǒng)可以嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)好的施工步驟進(jìn)行各階段內(nèi)力分析,但由于分析中荷載的不斷變化以及結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的相互影響,使最終結(jié)構(gòu)軸線不可能達(dá)到設(shè)計(jì)軸線。因此,采用倒退分析在施工過(guò)程中設(shè)置預(yù)拱度,使在成橋狀態(tài)時(shí),結(jié)構(gòu)線形滿足設(shè)計(jì)要求。

倒退分析的基本思想是,假定 時(shí)刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進(jìn)分析 時(shí)刻的結(jié)果,線形滿足設(shè)計(jì)軸線。在此初始狀態(tài)下,按照前進(jìn)分析的逆過(guò)程,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆,分析每次卸除一個(gè)施工段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響。在一個(gè)階段內(nèi)分析得到的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力便是理想施工狀態(tài)。

(3)  誤差分析

倒退分析得到的理想狀態(tài)是我們期望在施工中實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),而實(shí)際施工中結(jié)構(gòu)狀態(tài)總是由于設(shè)計(jì)參數(shù)、施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)分析模型誤差等因素偏離目標(biāo)。

為了能及時(shí)有效地將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(體系本身的變化、撓度、應(yīng)力、現(xiàn)場(chǎng)氣溫等)、調(diào)整參數(shù)信息、誤差信息反饋到實(shí)際施工控制中,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè),可編制基于現(xiàn)代控制論中的隨機(jī)最優(yōu)控制理論和有限元法的的計(jì)算程序,建立現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)工作站(EWS),將實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)控制參數(shù)輸入,得出有效調(diào)整量,獲得最優(yōu)調(diào)整方案,同時(shí)預(yù)告下階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

橋梁檢測(cè)就是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及部件的材料質(zhì)量和工作性能方面所存在的缺損狀況進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)、試驗(yàn)、判斷和評(píng)價(jià)的過(guò)程,是對(duì)橋梁的專門檢驗(yàn),屬于短期橋梁診斷的范疇。

包含的項(xiàng)目?jī)?nèi)容大致上可分為如下兩個(gè)方面:

結(jié)構(gòu)材料缺損狀況診斷,包括材料損壞程度檢測(cè),材料物理、化學(xué)和力學(xué)性能測(cè)試及缺損原因的分析判斷等;

結(jié)構(gòu)整體性能、功能狀況鑒定,包括結(jié)構(gòu)承載能力(強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等)鑒定、橋梁抗洪能力的鑒定等根據(jù)實(shí)際情況對(duì)橋梁進(jìn)行評(píng)估,通過(guò)對(duì)全橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查、檢測(cè),了解橋梁的結(jié)構(gòu)病害情況,評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前的實(shí)際工作狀況;

通過(guò)橋梁的靜載和動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè),檢驗(yàn)該橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前的實(shí)際承載能力及其結(jié)構(gòu)工作性能,由此為該橋下一步的處置方案提供依據(jù)。

需要進(jìn)行檢測(cè)的橋梁原因各種各樣,絕大部分是舊橋,因?yàn)榕f橋資料比較匱乏,相對(duì)而言管理起來(lái)比較困難;在特殊情況下有些新橋也要求做檢測(cè)工作,綜合起來(lái)主要有以下幾種因素:

(1)缺乏設(shè)計(jì)、施工資料的橋梁。

(2)施工質(zhì)量較差,不符合設(shè)計(jì)要求的橋梁。

(3)橋梁竣工經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的病害,影響其承載能力。

(4)橋梁施工質(zhì)量較好,運(yùn)營(yíng)情況也良好,但希望提高其允許的承載能力。

(5)需要通過(guò)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的特殊荷載車輛的橋梁。

還有一些橋梁是因?yàn)橐恍┨厥庠蚨枰鰴z測(cè)工作,比如為了取得一定的科研資料等等。

  橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)的內(nèi)容隨橋涵所處位置、結(jié)構(gòu)型式和所用材料不同而異,應(yīng)根據(jù)所建橋涵的具體情況按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范選定試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目,一般常規(guī)橋涵試驗(yàn)檢測(cè)的主要內(nèi)容包括:

1、施工準(zhǔn)備階段的試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目

① 橋位放樣測(cè)量;

② 鋼材原材料試驗(yàn);

③ 鋼結(jié)構(gòu)連接性能試驗(yàn);

④ 預(yù)應(yīng)力錨具、夾具和連接器實(shí)驗(yàn);

⑤ 水泥性能試驗(yàn);

⑥ 混凝土粗細(xì)集料試驗(yàn);

⑦ 混凝土配合比試驗(yàn);

⑧ 砌體材料性能試驗(yàn);

⑨ 臺(tái)后壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn);

⑩ 其它成品、半成品試驗(yàn)檢測(cè);

2.施工過(guò)程中的試驗(yàn)檢測(cè)

① 地基承載力試驗(yàn)檢測(cè);

② 基礎(chǔ)位置、尺寸和標(biāo)高檢測(cè);

③ 鋼筋位置尺寸和標(biāo)高檢測(cè);

④ 鋼筋加工檢測(cè);

⑤ 混凝土強(qiáng)度抽樣試驗(yàn);

⑥ 砂漿強(qiáng)度抽樣試驗(yàn);

⑦ 樁基檢測(cè);

⑧ 墩、臺(tái)位置、尺寸和標(biāo)高檢測(cè);

⑨ 上部結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)位置、尺寸檢測(cè);

⑩ 預(yù)制構(gòu)件張拉、運(yùn)輸和安裝強(qiáng)度控制試驗(yàn);

(11)預(yù)應(yīng)力張拉控制檢測(cè);

(12) 橋梁上部結(jié)構(gòu)標(biāo)高、變形、內(nèi)力(應(yīng)力)監(jiān)測(cè);

(13)支架內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性監(jiān)測(cè);

(14)鋼結(jié)構(gòu)連接加工檢測(cè)

(15)鋼構(gòu)件防護(hù)涂裝檢測(cè)。

3.施工完成后的試驗(yàn)檢測(cè)

①橋梁總體檢測(cè);

②橋梁荷載試驗(yàn);

③橋梁使用性能監(jiān)測(cè)

根據(jù)綜合分析的結(jié)果,得出最后的技術(shù)結(jié)論,對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)做出科學(xué)的評(píng)價(jià),同時(shí)根據(jù)存在的問(wèn)題,提出改進(jìn)設(shè)計(jì)或者加強(qiáng)維修養(yǎng)護(hù)方面的建議。

橋梁監(jiān)測(cè):在施工階段在重要橋梁上安裝永久性的實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)整體與安全性報(bào)警設(shè)備,以確保橋梁安全運(yùn)營(yíng)、延長(zhǎng)橋梁使用壽命,通過(guò)早期橋梁病害的發(fā)現(xiàn)能大大節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用,可以避免最終頻繁大修關(guān)閉交通所引起的重大損失.
工程結(jié)構(gòu)一般會(huì)受到兩種損傷——突發(fā)性損傷和累積性損傷。
突發(fā)性損傷由突發(fā)事件引起,使損傷在短期內(nèi)達(dá)到或超過(guò)一定限值;
累積損傷則有緩慢積累的性質(zhì),達(dá)一定程度會(huì)引起破壞,影響安全和使用。
橋梁健康監(jiān)測(cè)能夠在突發(fā)性損傷發(fā)生時(shí),及時(shí)做出判斷和警報(bào),以便采取處理措施,防止發(fā)生進(jìn)一步的破壞和引發(fā)其它事故;對(duì)于累積損傷,能夠定期對(duì)損傷的狀態(tài)做出描述,以便根據(jù)情況采取相應(yīng)措施.

近年來(lái),國(guó)內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌或局部破壞事故在很大程度上是由于構(gòu)件疲勞加之監(jiān)測(cè)養(yǎng)護(hù)措施跟不上,從而嚴(yán)重影響構(gòu)件的承重能力和結(jié)構(gòu)的使用。

因此,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)非常必要和迫切。

 


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