橋梁是交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，密切關(guān)注橋梁的安全和維護(hù)至關(guān)重要。因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)的損壞或倒塌會(huì)對生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的后果，因此需要大量的檢查和維護(hù)工作來確保橋梁的健康安全。
利用現(xiàn)代技術(shù)、儀器、傳感器和實(shí)時(shí)評估來觀察和跟蹤可能影響橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的所有活動(dòng)，通過巖土試驗(yàn)監(jiān)測儀器在施工的前、中、后期三個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)對橋梁的精準(zhǔn)監(jiān)測。
波托馬克河大橋——實(shí)時(shí)在線云監(jiān)測
根據(jù)2017年ASCE基礎(chǔ)設(shè)施報(bào)告，美國約56000座橋梁（約占總數(shù)量的10%）存在某種結(jié)構(gòu)缺陷，特別容易發(fā)生不可預(yù)見的意外事件。橋梁監(jiān)測的重要性顯而易見，監(jiān)測包括傳感器測量、缺陷識(shí)別、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果分析和決策。
波托馬克河大橋，也被稱為Harry W. Nice州長紀(jì)念大橋，是一座連續(xù)桁架橋。大橋連接了美國馬里蘭州查爾斯縣的紐堡和喬治·弗吉尼亞州的達(dá)爾格倫。這座橋總長度約3063米，雙向四車道，每個(gè)車道寬3.7米，限速為89公里/小時(shí)。
制定波托馬克河大橋監(jiān)測計(jì)劃是為了確保現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)和設(shè)施的安全性，以防其在新橋和其他類似的建設(shè)項(xiàng)目的施工過程中受到影響。監(jiān)測計(jì)劃旨在衡量和判斷現(xiàn)有橋梁的當(dāng)前結(jié)構(gòu)健康狀況，并根據(jù)日常和季節(jié)性天氣變化、交通運(yùn)營、過往船只的影響，確定橋梁的受力變化。
在施工階段中需使用儀器對大橋進(jìn)行監(jiān)測：使用巖土試驗(yàn)監(jiān)測儀器、緊湊型數(shù)據(jù)記錄器和全站儀進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和調(diào)查。RGS還能利用在線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(WDMS),生成日報(bào)、周報(bào)和月報(bào)。
儀器安裝階段分為現(xiàn)有橋梁監(jiān)測和新橋施工監(jiān)測兩個(gè)階段。
在現(xiàn)有橋梁監(jiān)測中，使用了應(yīng)變計(jì)、傾斜傳感器、裂縫探測儀、多角度快速測量儀、數(shù)據(jù)記錄器、自動(dòng)全站儀。
計(jì)公差范圍內(nèi)。RGS還為該項(xiàng)目提供了完整的在線云監(jiān)測。
上述儀器均在監(jiān)測中得到較為成功的使用。顧問/承包商可以在辦公室內(nèi)使用電腦訪問由傾斜傳感器、應(yīng)變計(jì)、測斜儀及其他巖土工程儀器提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù), 持續(xù)不斷地獲得施工現(xiàn)場的相關(guān)信息，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)滯后或數(shù)據(jù)采集失敗的情況。
一旦有數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的審查標(biāo)準(zhǔn)和水平，軟件會(huì)通過短信或電子郵件發(fā)送警告標(biāo)志或發(fā)出警報(bào)。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也有助于工程項(xiàng)目的無縫銜接，并節(jié)約成本。
博濟(jì)比爾大橋——公鐵聯(lián)合試驗(yàn)監(jiān)測
博濟(jì)比爾大橋是一座長4.94 公里的公鐵兩用橋，橫跨印度東北部阿薩姆邦的布拉馬普特拉河。它位于Dhemaji區(qū)和Dibrugarh區(qū)之間，被稱為印度最長的公鐵橋。同時(shí)，它也是亞洲第二長的公鐵兩用橋、印度第五長的橋梁。這座橋的下層有一條雙軌鐵路，上層有一條3車道的道路。這座橋的建成極大地方便了民眾從Dhemaji到大醫(yī)院、教育機(jī)構(gòu)和Dibrugarh機(jī)場。
由于博濟(jì)比爾大橋位于地震帶，所以采用了復(fù)合焊接鋼-混凝土梁/桁架結(jié)構(gòu)，能夠承受里氏7級地震。
像其他結(jié)構(gòu)一樣，博濟(jì)比爾大橋也需要維護(hù)和監(jiān)測。大橋北岸的其中一跨和邊跨都需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)來確定最大承重。使用應(yīng)變計(jì)、位移傳感器和熱電偶等巖土儀器來測試滿載時(shí)的應(yīng)變，以及支座的溫度和位移變化。
大橋北岸的其中一跨和邊跨分別為125米和32.4米。巖土儀器的作用是收集施加荷載之前和之后的自動(dòng)化數(shù)據(jù)，以便監(jiān)測橋梁變化和荷載影響，包括橋面板的溫度、位移和幾何形態(tài)、靜態(tài)時(shí)的應(yīng)力/應(yīng)變分布，以及荷載試驗(yàn)中橋梁的整體性能。監(jiān)測過程還需要使用傳感器、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站和地面測距定位傳感器。
該項(xiàng)目需要先完成大量的基礎(chǔ)工作才能得到試驗(yàn)結(jié)果。所有跨徑的主橫梁和次梁、對角梁、下弦梁上，共計(jì)要安裝170個(gè)應(yīng)變計(jì)、124個(gè)熱電偶、6個(gè)位移傳感器和8個(gè)多角度快速測量儀。但要在短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)完成這些儀器的布置工作，有一定的難度。
自動(dòng)氣象站安裝在普通跨距的中心，用于監(jiān)測所有天氣參數(shù)。包括氣象站在內(nèi)的所有傳感器都連接到了自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
儀器的安裝位置非常重要。首先，需要使用臺(tái)車和掛籃才能將傳感器安裝到指定位置。另外，桁架構(gòu)件上不允許焊接，所以要在沒有焊接的情況下安裝電弧焊的應(yīng)變計(jì)。為了完成工作，安裝團(tuán)隊(duì)使用了特殊的環(huán)氧樹脂進(jìn)行安裝。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種特殊的布置方式將位移傳感器安裝在橋墩上方的固定支座和自由支座上。歷時(shí)10天，完成了300多個(gè)傳感器的安裝、適配和調(diào)試。
博濟(jì)比爾大橋監(jiān)測工作完成，橋梁跨度的荷載試驗(yàn)和監(jiān)測結(jié)果證實(shí)了試驗(yàn)前的假設(shè)。設(shè)計(jì)師Ramboll說，監(jiān)測結(jié)果符合預(yù)期值，公路橋面與鐵路橋之間未發(fā)現(xiàn)異常。
之后，又對公路和鐵路載荷進(jìn)行了組合靜載試驗(yàn)。
在橋面板荷載試驗(yàn)中，通過在指定位置的結(jié)構(gòu)框架上放置混凝土塊和結(jié)構(gòu)件的方式，勻速加載。通過24小時(shí)全天候?qū)?dòng)態(tài)載荷的觀察，完成對橋梁結(jié)構(gòu)、部件位移和形態(tài)應(yīng)變、周邊溫度、混凝土溫度和橋體鋼材溫度、支座和伸縮縫的縱向位移等多項(xiàng)監(jiān)測。
在軌道荷載試驗(yàn)中，荷載物為火車發(fā)動(dòng)機(jī)和車廂。除此之外，軌道加載程序與之前的橋面板加載程序相似。同樣，所有儀器都安裝在鋼結(jié)構(gòu)、支座和伸縮縫上，并進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測。
在軌道和橋面板組合荷載試驗(yàn)中，混凝土砌塊、帶車廂的發(fā)動(dòng)機(jī)和鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)被裝載在鐵路軌道和公路上。第一階段通過將重量為2016噸的發(fā)動(dòng)機(jī)和車廂停在兩條鐵路軌道上完成試驗(yàn)；第二階段通過將發(fā)動(dòng)機(jī)和車廂停在一條鐵路軌道上完成試驗(yàn)，最大載荷為969.3噸。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理軟件DRISHTI用于監(jiān)測由于增量荷載而引起的應(yīng)變、位移和溫度的實(shí)時(shí)變化。
最后，關(guān)于晨間氣溫（高）、日出、日落和夜間溫度（低）以及風(fēng)動(dòng)對應(yīng)變、位移和溫度影響的測量結(jié)果，也符合預(yù)期變化的結(jié)果。
本文介紹了在橋梁監(jiān)測項(xiàng)目中涉及的監(jiān)測方案、使用的工具以及決定性結(jié)果。簡單來說，監(jiān)測有利于延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命。眾所周知，橋梁結(jié)構(gòu)是交通基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，涉及的投資額巨大，將投資額中的重要部分用于橋梁的檢查和維護(hù)，降低橋梁發(fā)生故障的概率，確保人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
在確定結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性方面，巖土試驗(yàn)監(jiān)測儀器可以發(fā)揮較大的作用。例如，儀器會(huì)在出現(xiàn)情況時(shí)發(fā)出警報(bào)，避免發(fā)生任何可能導(dǎo)致橋梁完全倒塌的事故。儀器不僅適用于新建橋梁，還適用于需要維養(yǎng)的老舊橋梁。
