基于应变监测与数值分析的梁桥腹板应力研究（论文）.pdf

·146 · 基于应变监测与数值分析的梁桥腹板应力研究 赵云刚 （河北唐津高速公路有限公司，河北唐山 063002） 　　 ［摘　要 ］ 建立预应力混凝土箱梁桥的应力实时响应与监测系统，对于保障桥梁的安全稳定性具有重要 价值。以三片直角形应变花作为现场监测手段，通过确立梁桥腹板应变片的合理布设方案，使用Zigbee 网络 获得了应力的实时观测数据，形成了“设计阶段介入—施工阶段监控—运营阶段反馈”的梁腹板应力监控 体系。基于MIDAS 软件的应力监测结果分析，将梁桥腹板几个关键部位的应力实测值与模拟值相对比，验 证了应力监控体系的合理性，为行业中同类桥梁的提供了参考思路。 　　 ［关键词 ］ 桥梁应力监测；应变片；监控体系；有限元模拟 　　 ［中图分类号］  　　　　［文献标志码］  B　　　　　［文章编号］  1001 -523X （2023 ）01 -0146 -04 StreSS analySiS of girder bridge baSed on Strain gauge monitoring and numerical Simulation Zhao Yun-gang 　　 ［abstract ］  The establishment of the stress real-time response and monitoring system of prestressed concrete box girder bridge is of great value to ensure the safety and stability of the bridge. Taking three rectangular strain flowers as the field monitoring means, by establishing the reasonable arrangement scheme of strain gauge on the web of girder bridge. Zigbee network was used to obtain real-time observation data of stress, forming a beam web stress monitoring system of “ intervention in design stage, monitoring in construction stage and feedback in operation stage”. Based on the analysis of stress monitoring results of Midas software, the measured stress values of several key parts of the girder bridge web are compared with the simulated stress values, which verifies the rationality of the stress monitoring system and provides a reference for similar bridges. 　　 ［Keywords ］  bridge stress monitoring ；strain gauge；monitoring system ；finite element simulation 预应力混凝土箱梁桥具有优越的抗扭刚度和 抗弯刚度，因而在我国很多工程中得到了广泛使 用 [1-2] 。梁腹板作为箱梁桥的重要支撑结构，开展其 在施工与运营中的应力监测研究，对于保障桥梁安全 服役具有重要意义。 目前，应用于桥梁应力监测的手段主要有光纤 式传感器、振弦式传感器、电阻应变片 3种。例如， 段军等 [3]使用光纤光栅传感器用于三跨连续桥梁的应 力监测工作，通过优化截面上应力监测的布局，合 理获得了该桥梁梁顶与梁底的应力值，并进一步通过 数值模拟的方法，验证了该应力监测方法的合理性。 张吉圭等 [4]使用振弦式传感器构建了完整的应力监测 系统，通过测量传感器频率信号，表明该监测方法的 准确率能够达到99 %以上。胡皓等 [5]将应变片用于预 应力空心板梁的应力监测任务中，通过横向各个测点 的应力分布规律，进一步分析了传力均匀性与锚固 效果。同时，在桥梁的应力监测分析中，数值模拟方 法也是一种高效的科学分析手段。王开文 [6]使用最小 二乘法，结合MIDAS有限元软件，对每次施工阶段 内的立模标高进行了误差分析，表明温升率将会显著 增大桥梁的应变值，易诱发后续的不可逆破裂损伤。 潘久贵等 [7]基于有限元ANSYS软件，系统研究了在拆 除桥梁T 构流程中的应力变化规律，对旧桥结构的安 全稳定性进行了评价，有效指导了桥梁拆除中的相关 工艺措施。 基于此，采用现场使用应变片的监测方法，结合 有限元MIDAS软件，对预应力混凝土变截面箱梁腹 板的应力变化情况开展研究，以期形成“设计阶段介 入—施工阶段监控—运营阶段反馈”的梁腹板应力监 控体系。 1 梁桥腹板应变片布设方案 以大跨预应力混凝土箱梁桥作为工程依托，墩 柱所使用的混凝土强度等级为C55。先前研究表明， 在墩柱的混凝土浇筑中，桥梁结构容易因局部受力过 大而发生变形，导致失稳坍塌事故的发生 [8]。因此， 监测阶段是在墩柱浇筑、张拉及中跨合龙过程中开展 的，现场应力监测范围为1~5号墩，如图1 所示。由 收稿日期：2022–12–09 作者简介： 赵云刚（1987—），男，北京市人，高级工程师，主 要研究方向为梁桥腹板应力。 ??BTF?建   ?    ~   6    '   & Safety and Quality Building Technology Development ?50 卷? 1 期2023?1$ ·147 · 于桥梁内部的应力分布情况呈线性分布，同时，为达 到对现有资源的合理配置，并且综合考虑安全面为合 拢段处，现场采用如下布设方案。监测点布置在大桥 的左幅，1 号墩、5号墩箱梁边跨20 m处、主跨1/4跨 处、3/8跨处和2 、3、 4号墩箱梁1/8、 1/4、3/8跨处腹 板内侧放置电阻应变片。采用三片直角形应变花作为 应变片的展布形式，其粘贴高度与箱梁剖面形心高度 相等，应变片的展布位置，如