基于建养一体化理念的钢混叠合梁桥结构监测研究

时间：2024-07-28

李维俊

（无锡交通建设工程集团有限公司，江苏无锡 214100）

0 前言

目前我国对于钢混叠合梁桥的研究大多集中于索结构桥梁、异形桥梁等复杂桥梁[1-3]，对于信息化监控较多停留在数据采集阶段，而对于如何分析监控数据，以及监控数据分析结果对工程施工的指导与决策仍处于空白。国内对桥梁施工过程中监测，以及运营后的健康监测均有相应的研究[4-6]，但如何实现施工与运营期监测一体化，利用全过程的数据进行结构稳定分析同样处于研究空白。

以镇澄路中段（谏壁闸桥至莺歌桥段）的拓宽改造工程中60m钢混叠合梁桥为依托，在分析钢混叠合梁结构特点的基础上，开展桥梁从施工期到运营期全过程的结构监测研究，通过对桥梁长期监测数据分析，为类似桥梁的设计、施工、运营及养护提供参考。

1 钢混叠合梁的特点及建模分析

1.1 钢混叠合梁的特点

钢混叠合梁桥的桥面板混凝土和钢梁之间线膨胀系数有差异，当组合梁桥跨径较大时，温度效应使得两者出现变形差，当该种变形差跟荷载作用导致的变形差累加量超越了剪力键的承受范围，钢梁与混凝土桥面板之间出现相对滑移，造成梁端剪力连接件出现大的变形；当桥梁需要经常承受重载超载车辆时，因为纵向剪力太大以及疲劳应力幅也过大，使得剪力连接件被剪断，发生类似情况时组合梁已经退化为叠合梁，失去整体工作性能。因此，对于钢混叠合梁桥，除了结构应力应变、结构线形、温度变化等，钢-混结合面的滑移情况也需要重点关注。

1.2 钢混叠合梁的建模分析

采用栓单元梁格，对60m跨径简支叠合梁模拟建模分析，通过模拟计算，分析桥梁施工期及运营期监测的重点。

（1）主梁应力分析

在应力分析过程中，以主梁就位、二期、移动荷载为主要工况进行分析，各工况分析模型如图1～图3，应力分布情况如图4。

图1 主梁就位累计应力图

图2 二期累计应力图

图3 移动荷载作用下应力图

图4 各个施工工况下跨中截面应力图

（2）主梁变形分析

在变形分析过程中，同样以主梁就位、二期、移动荷载为主要工况进行分析，各工况分析模型如图5～图7，变形情况如图8。

图5 就位累计变形图

图6 二期累计变形图

图7 移动荷载作用下变形图

图8 各个工况下主梁变形值

从模拟建模分析数据可以发现，在就位、二期和活载工况下，叠合梁桥跨中截面变形大于其他截面变形，4#、5#梁的跨中变形大于其他梁的跨中变形。因此，在施工期及运营期监测中，将重点关注跨中部位，尤其是4#、5#梁的跨中部位。

2 钢混叠合梁监测系统及监测内容分析

钢混叠合梁的全过程监测系统由三部分组成，第一部分是传感器采集设备，采集模块收集数据信息，通过无线传输到第二部分控制中心，进行数据处理、分析，自动生成报表，利用服务器发送结果到第三部分电脑端。

图9 全过程监测系统拓扑图

2.1 应力应变监测

为了跟踪最不利截面应力的变化，保证结构安全，同时验证应力的分布规律是否与设计假定近似，在叠合梁关键受力部位进行应力应变监测。根据谏壁大桥的结构形式和建模模拟结果，共布置6个应变（应力）测点，分别位于钢箱梁底板、顶板、混凝土桥面板上层钢筋处，应变（应力）测点布置如图10所示。监测工况有预制主梁（无应力状态）、主梁就位、施工结构间横梁、施工湿接缝、二期恒载。

图10 跨中应变测点布置横断面图

2.2 滑移监测

对于钢-混凝土叠合梁，两种材料刚度不同在钢箱与混凝土板连接部位会产生掀起效应，由于截面上的剪力钉数量众多，在共同承受剪力时，两边剪力钉的剪力会比中间剪力钉大，两边剪力钉会早于中间剪力钉而破坏，故需要对钢混连接部位的滑移情况进行监测。根据模拟计算结果，谏壁大桥共布置2个滑移测点，位于现浇混凝土桥面板端部，滑移测试截面纵向布置如图11，滑移测点布置如图12所示。

图11 滑移测试截面纵向布置图

图12 滑移测试截面横断面图