南昌新八一大桥健康监测预警指标计算分析

发布时间：2019-11-16 23:58

【摘要】：为了保证桥梁健康监测系统的有效性和及时性,给桥梁管理者提供维修及加固的依据,以南昌市新八一大桥为工程背景,在有限元数值模拟结合传感器监测数据的基础上,建立了多指标并行预警的结构预警体系,阐述了预警指标、预警阈值和预警流程,并重点对索力、关键部位应力和挠度、疲劳车辆荷载、固有频率变化率等预警指标进行了计算分析。应用结果表明,在当前荷载作用下新八一大桥的各项预警指标的结果都正常,满足使用要求。
【图文】：

总体布置图,主桥

新八一大桥是江西省第一座斜拉桥，大桥整体可以看作两个对称而又独立的结构体系，主孔为２×１６０ｍ，总长１０４０ｍ，具体跨径布置为２×（５０＋２×１６０＋３×５０）。大桥结构体系为预应力钢筋混凝土塔梁墩固结双独塔双索面扇形密索体系，桥面宽２８ｍ。主塔造型为Ｈ型，塔高１０３ｍ。斜拉索在主梁上间距为８ｍ，根据受力要求采用６个不同的规格，分别为８５／１２７／１５１／１６３／１８７／２１１，斜拉索钢丝直径φ７ｍｍ，外包聚乙烯ＰＥ护套。图１为主桥总体布置图。图１主桥总体布置图通过有限元数值分析了解新八一大桥的结构特点，同时考虑提供必要的数据供桥梁管理者参考，，方便做出科学合理的决策，新八一大桥结构健康监测系统传感器采集项目包括：塔梁索温度；环境气象；整体结构挠度；索塔变位；重要部位的局部变形；结构动力特性；拉索索力；重要部位应力变化。大桥健康监测系统主要传感器如表１所示。表１八一桥传感器序号分项传感器类型测点位置１数字温度数字温度传感器主梁、主塔、斜拉索续表１序号分项传感器类型测点位置２振弦温度振弦传感器主梁、主塔３振弦应力振弦传感器主梁、主塔４主梁挠度压力变送器主梁腹板外侧５塔偏角倾角仪塔上横梁附近６动态称重压电传感器北塔下方桥面７光栅应力光纤光栅主梁、主塔８斜拉索索力压力环斜拉索塔锚固端９塔顶位移ＧＰＳ塔顶２南昌市新八一大桥有限元分析建立以及时预警为目标的多指标并行预警体系的前提是分析研究南昌市新八一大桥的结构设计特点、环境状况、运营工况，从而建立一个能真实体现桥梁几何、物理及受力特点的三维有限元实

示意图,健康监测系统,索力,示意图

力；关键部位应力；关键部位挠度；疲劳车辆荷载；固有频率变化率。３．２阈值设定原则参考香港地区和美国公路运输协会（ＡＡＳＨＴＯ）的相关规范，警戒值的大小取为正常运营极限值的７５％，此时的安全系数为１／０．７５＝１．３３，预留了部分空间以判断是否需要对结构构件的运营状态监测结果（σｍ）进行详细的健康评估。大桥的安全状态从坏到好依次划分为红色报警状态、黄色预警状态和绿色正常监测状态，各状态之间的临界值就是所要确定得阈值。按照上述原则的划分的两线三状态示意图如图３所示，“两线”指的是预警线和报警线，“三状态”指的是正常监测状态、预警状态和报警状态。预警流程如图４所示。图３健康监测系统两线三状态示意图图４预警流程４预警指标的分析计算４．１索力预警参数记桥梁拉索测试时的索力为ｆｃｓ，最不利作用下桥梁拉索的索力计算值为ｆｊ。大桥的索力控制值如表３所示。索力预警级别的具体划分如下［９］：绿色：ｆｃｓ≤０．７５ｆｊ，此时实测索力尚未大于警戒索力值；黄色：０．７５ｆｊ≤ｆｃｓ≤１．０ｆｊ，此时结构处于偏不利状态，实测索力值与最不利作用下索力计算值比较接近；红色：ｆｃｓ≥ｆｊ，此时桥梁的实测索力达到或大于允许最大索力值。同时，考虑到拉索自身的安全性，设定拉索索力的最小值时以保障拉索不会突然断裂作为主要依据，采用拉索的最大容许拉力的０．４倍作为拉索最小值［１０］，即ｆｍｉｎ＝０．４ｆｓＡｉ／２．５。表３大桥的索力控制值编号ｆｊ／ｋＮｆｍｉｎ／ｋＮ编号ｆｊ／ｋＮｆｍｉｎ／ｋＮ

【参考文献】