随着人们对桥梁质量安全、耐久性及日常使用功能的日渐关注，桥梁健康监测预警的研究与开发应运而生。在对冻土区桥梁桩基相关指标进行监测的基础上，利用预报预警系统对工程进行评估。首先应对冻土区桥梁桩基工程进行现场监测，分施工期监测和运营期监测，具体而言针对桩基工程的环境、整体结构、局部结构三个方面进行监测。结合大规模监测数据专家数据库建立解决冻土区桥梁桩基工程施工期与运营期的工程安全稳定的预报预警系统。......
2023-08-23
冻土区桥梁桩基监测预报系统研究
【摘要】：桥梁桩基局部监测应以各部分局部状态为监测对象，实现对结构缺陷部位的精确定位、检查，外部环境、整体监测再加上局部监测形成一体化的监测机制，便于对桥梁的安全储备以及退化的机理做出系统评估。因此将非冻土区桥梁桩基局部性能的监测划分为桥梁桩基上部结构监测、桥梁桩基下部结构监测、桥梁桩基材质状况与状态参数监测等。桥梁桩基下部结构监测包括盖梁监测、墩台身监测、墩台基础监测及翼墙监测。
桥梁基础可分为天然地基上的浅基础明挖基础和桩基础以及沉井基础。由于各类基础所处的条件不尽相同，因此，根据基础结构形式及修筑地形包括地基地质条件的差异，所产生的缺陷也不完全相同。但从总的方面来说，有它一定的规律性。桥梁基础结构一般容易发生的主要缺陷有：基础的沉降和不均匀沉降、基础的滑移和倾斜、风化、剥落露筋、发生不许可的冲刷或淘空。基础出现病害首先影响的就是桥墩、台身的受力性能，基础发生不均匀沉降，桥墩、台开裂，进一步影响上部承重构件的受力。桥梁病害的类型由于受到内外不同因素的影响各不相同，比如：横向断板、桥台倾覆、桥面板铺装开裂、冻胀开裂等。引起这些病害的原因也是错综复杂的，但病害最终的体现方式多以裂缝形式出现。
桥梁结构在施工和营运使用过程中，常常会出现各种不同形式的裂缝。由于混凝土材料的抗拉能力较弱，稍微受拉就会产生裂缝。因此，混凝土结构产生裂缝几乎是不可避免的。一般情况下，对于混凝土构件，根据不同的环境条件，其细裂缝在可限值以内，这对结构物的正常使用、耐久性以及安全性一般无任何妨碍。实践证明，当混凝土裂缝宽度小于规范规定的限值时，构件内钢筋不致因混凝土开裂而锈蚀。在实际工程中，钢筋混凝土桥梁结构裂缝的成因复杂，甚至是多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。如果不对裂缝进行系统全面的分析和研究，就很难揭示出桥梁病害产生的内涵和机理。裂缝的分类有多种，从安全角度考虑可分为安全的工作裂缝和非正常裂缝；按客观成因可分为先天裂缝、原生裂缝、后天裂缝；从力学机理角度可分为弯曲裂缝、剪切裂缝、局部承压裂缝、次裂缝等；从结构承载力的影响的角度可分为结构裂缝和非结构裂缝两大类。裂缝的产生会影响桥梁的横隔板、支座、盖梁等多处局部结构的性能。
横隔板开裂，就会出现某一块或多块板梁单独受力的情况。桥梁出现单板受力病害后，由于荷载横向分布系数比设计值增大，板梁不能共同受力，某块板梁单独承受荷载，加剧单板疲劳破坏，使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态。从而降低桥梁的耐久性和使用寿命，对行车安全带来极大隐患。
支座设置在桥梁的上部结构与桥墩、台之间，其作用是将桥跨结构上的各种荷载反力传递到桥墩、台上，并能够适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素所产生的位移，使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。实际情况是其重要性往往被忽视，形成隐患，造成桥梁运营后的病害和经济损失。引起支座病害的原因主要有支座材质、加工精度不够，受力不均，搬运、存放、安装不当，维修养护不到位使水汽进入，造成锈蚀等。
盖梁是一个承上启下的重要构件，上部结构的荷载通过盖梁传递给下部结构和基础。桥梁的跨径、斜度、桥宽、荷载标准，对盖梁的影响最大。盖梁的几何外形简单，其受力特点是以弯矩、剪力及轴力为主。立柱顶上方盖梁负弯矩区，是频繁出现裂缝的区域，由于增加了一层混凝土磨损面以及中央桥墩，使得恒载弯矩和剪力增加，导致混凝土盖梁发生弯曲和剪切裂缝。由于桥墩所处的位置一般都在伸缩缝处，所以桥墩的盖梁是比较容易受水侵蚀的构件，水中含有的氯离子会对盖梁造成污损。破坏的主要原因是水通过横向桥面板接缝而造成的，破坏主要发生在桥的立面侧，除去混凝土保护层，盖梁中的剪力筋也会受到腐蚀侵害。
综上所述，桥梁局部结构性能的优良对于桥梁服役过程中的性能尤为关键，因此对于桥梁局部性能的监测也显得非常重要。桥梁桩基局部监测应以各部分局部状态为监测对象，实现对结构缺陷部位的精确定位、检查，外部环境、整体监测再加上局部监测形成一体化的监测机制，便于对桥梁的安全储备以及退化的机理做出系统评估。桥梁桩基的局部结构性能监测主要包括桥梁上部结构监测、桥梁下部结构监测、桩基材质状况与状态参数的监测。
对于非冻土区桥梁桩基局部结构性能的监测，应当对桥梁桩基进行局部划分，将桥梁桩基分为上部结构、下部结构以及桩基，按照相关规范对各个组成部分进行监测。因此将非冻土区桥梁桩基局部性能的监测划分为桥梁桩基上部结构监测、桥梁桩基下部结构监测、桥梁桩基材质状况与状态参数监测等。
（1）桥梁桩基上部结构监测
包括路面厚度监测、路面损坏程度监测、防水层破坏挂冰监测、支座监测、横向联系破坏监测、伸缩缝监测、裂缝监测。
（2）桥梁桩基下部结构监测
包括盖梁监测、墩台身监测、墩台基础监测及翼墙监测。盖梁主要病害是裂缝，盖梁既受弯也受剪，其承担的荷载有恒载也有活载。桥墩、台身位于水中，直接遭受雨水的冲蚀，所以病害表现为倾斜以及腐蚀破坏。桥墩、台基础位于水面之下，在洪水季节经常发生冲空现象。
（3）桥梁桩基材质状况与状态参数监测
包括混凝土桥梁碳化状况监测、桥梁钢筋保护层厚度监测、桥梁氯离子含量监测、桥梁钢筋锈蚀电位监测、桥梁电阻率监测。
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2023-08-23
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