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摘要：刚架拱桥多技术状况较差，但进行全面健康监测的经济性较差，本文提出了一种以综合考虑关键性病害、减少监测参数、减少监测种类，辅以视频监控的监测思路，并以该思路为指导实施了广州地区某刚架拱桥的在线监测，实现了刚架拱桥的高经济性在线监测，为结构运营提供数据支撑。
关键字：刚架拱桥；在线监测；经济性；裂缝
在广州地区，既有混凝土刚架拱桥多使用了10数年甚至30余年，已普遍进入病害多发的阶段，随着广东省地方经济的发展和交通量的大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，对桥梁的承载能力要求也越来越高，但由于结构自身性能局限（设计荷载普遍为汽车-15、汽车-20级）及超重车辆的影响，桥梁已经普遍难以适应现有交通的需要，严重影响了正常交通及人们的日常生活，也隐藏着较严重的安全风险。但是这些桥梁中多数桥梁仍具有使用价值，通过加固、增强，可以恢复、提高其承载能力或延长其使用年限，继续为经济建设服务。在加固改造之前进行适当监测是保障刚架拱桥使用安全的有效措施。
1.适合刚架拱桥特点的高经济性在线监测
桥梁结构的健康监测发展多年，设备种类和性能均发展迅速，监测参数多而全成为趋势，但对于状况较差、纳入加固改造计划的刚架拱桥来说，参数多而全的监测有以下几个弊端：（1）刚架拱桥构造较弱且已运营多年，多而全的监测需要在多个关键受力位置进行打孔等操作，对结构自身有不利影响；（2）多而全的监测势必造价高昂，而加固改造会使设备失效，造成资金和资源的极大浪费；（3）刚架拱桥一般为多跨、多拱片结构，主要称重构件多，开展全面监测会导致重点缺失，造成关键数据的不敏感。结合健康监测行业的发展趋势和刚架拱桥的结构特点，可以实施高经济性的健康监测。高经济性的刚架拱桥健康监测应具备以下几个特征：（1）监测参数重点突出，针对主要构件、技术状况最差的构件进行，如裂缝是全桥最突出的病害则监测裂缝，如拱座变形是全桥最突出病害则监测拱座；（2）谨慎进行应变监测，因为刚架拱桥为带裂缝工作的非预应力结构，应变监测需开凿混凝土露出主筋，对结构威胁较大；（3）减少传感器数量，减少传感器数量可突出重点，节约成本，降低后续加固改造带来的损失；（4）重视视频监控的应用，视频技术发展至今，性能大为提高的同时成本急剧下降，视频多信息、多角度的的优势可以弥补监测传感器数量少和覆盖范围有限的不足。
2.广州地区某刚架拱桥高经济性在线监测实施
广州地区某刚架拱桥位于广州市增城区S256线上，于1989年建成通车，单向三车道。桥梁全长678.00m，跨径组合为1×15.00m（浆砌块石实腹拱）＋4×45.00m（刚架拱）＋4×80.00m（刚架拱）＋2×45.00m（浆砌块石实腹拱）＋1×15.00m（浆砌块石实腹拱）+1×4.00m（现浇板梁），共13跨；全宽26.00m，横向布置为1.80m（人行道）+10.70m（行车道）+1.00m（中央防撞墙）+10.70m（行车道）+1.80m（人行道）。该桥上部结构第1孔和第12孔为浆砌块石实腹式拱，第2孔至第11孔为跨径45.00m和80.00m的钢筋混凝土刚架拱，横向由4片刚架拱片组成，桥面板由肋腋板和悬臂肋腋板组成，第13孔为钢筋混凝土现浇板梁；下部结构为浆砌片石重力式桥台，钢筋混凝土空心墩，5#墩和9#墩设成45.00m跨和80.00m跨的过渡衔接墩。过渡衔接墩的基础采用沉井基础，其余墩基础为钻孔灌注桩基础。桥面铺装为水泥混凝土，对接式伸缩缝。
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图1广州地区某刚架拱桥跨径布置图
根据桥梁定期检测报告，该桥R8-2#拱片和R8-3#拱片分别有2条和4条超限裂缝，分别为：R8-2#拱片实腹段左侧面在8-2-15#肋腋板下方对应位置的斜向裂缝，裂缝从铁片顶部延伸至横向联系下方，长约2.80m.宽约0.24mm；R8-2#拱片实腹段右侧面在8-1-15#肋腋板下方对应位置存在1条斜向裂缝，裂缝从拱片顶部延伸至横向联系下方，长约2.80m.宽约0.20mm；R8-3#拱片实腹段右侧面在8-2-15#肋腋板下方对应位置的斜向裂缝，裂缝从拱片顶部延伸至横向联系下方，长约3.0m，宽约1.60mm；该裂缝下方存在1条斜向裂缝修补带重斯开裂.并向下延伸，长约2.00m，宽约0.12mm。R8-3#拱片实腹段左侧面在8-3-15#肋腋板下方对应位置的斜向裂缝，裂缝从拱片顶部延伸至4横向联系下方，长约3.0m，宽约1.60mm，该裂缝下方存在1条斜向裂缝修补带重新开裂，并向下延伸，长约2.80m，宽约0.12mm。该跨6条超限裂缝是本桥最为突出的病害，根据高经济性在线监测的原则，对该6条裂缝实施了裂缝宽度监测和视频监控，裂缝传感器及监控摄像机安装状态见图2。该桥监测设备采用轻型化设计，在减少监测参数种类和设备数量的基础上，减少现场有线网络、市电供电线路的铺设，在提高安装便捷性的同时，进一步降低了实施成本。
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图2裂缝宽度传感器及监控摄像机安装效果
3.刚架拱桥高经济性在线监测的效果
该桥高经济性在线监测实施已有4个月，该时间段6条裂缝宽度变化曲线图见图3，同期当地最高气气温变化如图4所示。
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图3 裂缝宽度变化
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图4 桥位处气温变化
由图3、图4分析可知：
（1）缝宽度变化与当地最高气温变化（逆序）一致，可知裂缝宽度变化与温度变化逆相关，温度变化影响裂缝开展-收缩明显。
（2）2020年1月28日，本桥加装龙门架进行限载。限载之后裂缝宽度随温度变化的绝绝对值减小，且趋势更加平稳，表明了限载的有效性。
（3）以天为跨度进行裂缝宽度的查看，裂缝宽度随当日气温变化变化，变化规律明显，无明显突变，尚处在弹性变化范围。
视频监控设备在次期间也发挥了重要作用。视频监控设备除了用于关注重点裂缝区域外，还可通过云台功能实现对结构上下部的远程巡查，在实践中受到一线技术人员的欢迎。
4.结论
通过分析刚架拱桥高经济性的高经济性在线监测在实践中取得了效果，可得到以下几个结论：
（1）高经济性在线监测以较低成本实现了对刚架拱桥重点部位、重点病害的连续在线监测，让桥梁监测有数据支撑，提高了决策的科学性。
（2）重点病害传感器监测和视频监控互补的方式，充分利用了两种方式的优势，实现了重点突出又兼顾全局的效果，且视频的宽阔应用潜力在实践中受到一线技术人员欢迎。
（3）虽监测参数种类单一，但监测数据的变化规律及对限载等措施的体现，表明了在结构尚处在弹性变化范围内时单一参数对结构受理状况反应的有效性。
参考文献：
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