基于应变指标的桥梁监测评估方法和数值模型分析（论文）.pdf

·872 · 基于应变指标的桥梁监测评估方法和数值模型分析 田 桐 （中交二公局第三工程有限公司，710016，西安） 摘　要： 根据现场目视检测，目标桥钢筋混凝土桥面的中间跨度处存在较大裂缝。这种特定类型的损伤 可能会影响桥梁的结构性能，应对其进行监测。在目标桥梁上建立了结构健康监测系统，利用基于应变指标 的评估方法定量确定桥梁状况。采用不同类型的钢筋混凝土裂缝形态对桥梁的有限元模型进行建模，以表示 桥梁损伤的严重程度。在此基础上，生成了损伤程度与应变测量值之间的关系，建立了基于应变指标的桥梁 监测曲线。 关键词： 桥梁监测；钢筋混凝土桥面；有限元模型；应变；挠度 中图分类号：TU 753 文献标志码：A 文章编号：1000–4726(2023)07–0872–03 ANALYSIS OF BRIDGE MONITORING AND EVALUATION METHOD AND NUMERICAL MODEL BASED ON STRAIN INDEX TIAN Tong (The Third Engineering Co., Ltd. of CCCC Second Highway Engineering Co., Ltd.,710016, Xi'an, China) Abstract: According to the field visual inspection, there are large cracks in the middle span of the reinforced concrete deck of the target bridge. This particular type of damage may affect the structural performance of the bridge, so it should be monitored. In this paper, the structural health monitoring system is established on the target bridge, and the evaluation method based on strain index is used to quantitatively determine the condition of the bridge. Different types of reinforced concrete cracks are used to model the finite element model of the bridge to show the severity of the bridge damage. On this basis, the relationship between damage degree and strain measurement value is generated, and the bridge monitoring curve based on strain index is established. Keywords: bridge monitoring; reinforced concrete bridge deck; finite element model; strain; deflection 随着桥梁服役期间材料与结构的性能退化、交通 量规模的不断增大等均会对桥梁造成一定程度的损 伤，严重地影响了桥梁的正常运营状态和使用寿命， 在役桥梁的安全问题十分堪忧，并可能影响人们的安 全，因此需要对桥梁进行维护，然而预算和人力的投 入是有限的。 为了进行有效的管理，需要对桥梁损伤的严重程 度进行评估和维护时的优先排序。通常每隔 2~5年 才能对每座桥梁进行 1次检查。由于检查间隔时间较 长，损伤可能在检查之前就已经发生了，损伤程度可 能会趋于严重，从而导致维修成本增加。因此，早期 损伤检测可以提高预算分配的效率。 结构健康监测系统可以通过应变计、加速度计、 位移传感器等传感器远程评估桥梁状况，同时可以实 时检测到桥梁损伤的异常行为。近年来，学者对基于 加速度数据的桥梁评估方法进行了研究，桥梁状况可 以通过加速度数据的后处理进行远程评估，这种方法 可以减少工程师到桥址上检查的次数。选择钢筋混凝 土桥面（ RC桥面）钢箱梁桥作为目标桥，首先对桥 梁进行目视检查，以确定损伤类型，再对钢筋混凝土 桥面裂缝形态进行观察和分类，然后在目标桥的有限 元模型中采用不同的裂缝形态以表示桥梁损伤的严重 程度，从而确定钢筋混凝土桥面板下表面的挠度和应 变分布。通过匹配桥梁损伤的严重程度和测量指标， 对桥梁状态进行定量评估，建立了基于应变指标的桥 梁监测曲线。 1 研究背景 选择钢筋混凝土桥面，设计为非组合梁的钢箱梁 桥作为目标桥，如图 1所示。该桥有 3个连续跨度， 侧跨长度为 71.3 m，中间跨度为 88 m。对桥梁进行目 视检查，发现该桥在钢筋混凝土桥面的中心跨度处存 在较大裂缝，结果表明，应对裂缝的影响及其发展进 收稿日期： 2022–12–13 作者简介： 田 桐（1988—），男，陕西西安人， 高级 工程师， e-mail: 262438690@qq.com. *1? ? _ Architecture Technology 1\ 54 思1\ 7O 2023 ? 48 Vol.54 No.7 Apr. 2023 ·873 · 行监测。因此，将传感器测量（应变计和位移传感器） 连接在目标桥中心跨度的下表面（图2）。值得注意 的是，传感器的测量值也取决于传感器的位置，如裂 缝尖端附近的大应变、跨度中间的挠度，因此，进行 了灵敏度分析，以确定每个传感器的适当位置。 y x 71.3 m 231 m 71.3 m 88 m S2 C29C26 C21 P2 C17C13 P1C8C5 S1 C3 图 1 目标桥的侧视图 应变计位置 混凝土桥面 钢梁橡胶支座 y x 2.40 m 2.55 m 0.68 m 2.40 m 图 2 目标桥的横截面示意 2 数值模型 2.1 桥梁详图 根据主梁、横梁、钢筋混凝土桥面、橡胶支座等 构件的图纸，使用 ABAQUS 6.14软件建立了目标桥 梁的有限元模型（ FE模型），如图 3所示。钢筋混 凝土桥面和橡胶支座采