外文翻譯（中文）--平衡懸臂施工混凝土橋撓度和溫度的自動監(jiān)測

1、<p><b>　　中文4370字</b></p><p>　　附件C：譯文1 </p><p>　　平衡懸臂施工混凝土橋撓度和溫度的自動監(jiān)測</p><p>　　作者Olivier BURDET博士 瑞士聯(lián)邦理工學院，洛桑，瑞士，鋼筋和預應(yīng)力混凝土研究所&

2、lt;/p><p>　　Calgary, Canada: 5th International Conference of Short and Medium Span Bridges, 1998</p><p>　　摘要：我們需要一種可靠的監(jiān)測系統(tǒng)來跟蹤結(jié)構(gòu)行為隨時間的演化。撓度和旋轉(zhuǎn)兩個參數(shù)反映了結(jié)構(gòu)的整體行為。本文提出了一種測量橋梁長期變形的創(chuàng)新方法，即，使用傾角儀。高精密電子傾角儀可以有

3、效地追蹤橋梁的長期旋轉(zhuǎn)而不需要中斷交通。除了準確，這些儀器已被證明隨著時間的推移是足夠穩(wěn)定，野外條件下也非?？煽?。 Mentue橋，長565m，雙箱雙室梁，后張法預應(yīng)力混凝土公路橋梁，修建于瑞士。該橋由平衡懸臂法修建于一條深谷之上。墩高100m，主跨為150m。一個集中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)于1997年修建該橋時安裝在一梁上。每一分鐘，系統(tǒng)記錄了很多測量點的旋轉(zhuǎn)量和溫度值。在多個地點同時測量出的旋轉(zhuǎn)量和混凝土溫度給出了熱條件引起的變動

4、的清晰概念。該系統(tǒng)將與一水平裝置結(jié)合使用，用以跟蹤橋梁的長期行為。</p><p>　　初步結(jié)果表明該系統(tǒng)運行可靠，并且傳感器的準確性非常優(yōu)秀。 對旋轉(zhuǎn)和溫度的演變比較表明，結(jié)構(gòu)對氣溫變化的反應(yīng)相當快。 1. 背景 遍布世界，服役結(jié)構(gòu)的數(shù)量在不斷增加。隨著交通的發(fā)展，我們?nèi)找嬉蕾囉诳煽康慕煌ㄟ\輸，越來越有必要去預見和預測結(jié)構(gòu)的惡化。特別是，對于主要運輸系統(tǒng)的那部分結(jié)構(gòu)，修復工程需要認真規(guī)劃，

5、以盡量減少交通中斷。結(jié)構(gòu)自動監(jiān)測儀器從而迅速發(fā)展。 長期橋梁監(jiān)測是這一全面努力的重要組成部分，以嘗試減少對主要結(jié)構(gòu)的影響和維修工程的費用。通過了解某一特定結(jié)構(gòu)的惡化速度，工程師能夠預見并充分界定所要求的處理措施的時機。相反，不降低結(jié)構(gòu)的整體安全性，處理可以推遲到結(jié)構(gòu)需要相應(yīng)措施的時候。 本文提出了一種檢測橋梁長期變形的創(chuàng)新方法。高精度傾角儀的使用允許我們可以對長期旋轉(zhuǎn)進行有效、準確和無障礙跟蹤。該測量設(shè)備可以在正常交

6、通狀況下運行。同一時間測量的、多個地點的溫度給出了一個由熱、蠕變和收縮導致的變形的清晰概念。提出該系統(tǒng)的可行性是1997年8月開始運營的修建于瑞士的Mentue橋。該橋主跨150m，墩高100m。 2. 橋梁的長期監(jiān)測 作</p><p>　　瞬時測量，如水準測量得出的結(jié)果，不一定代表了該橋的平均位置。這是因為在橋梁測量時的位置是受過去幾個小時、幾天氣溫的溫度歷史影響。即使周全的考慮影響監(jiān)測測量結(jié)果的因

7、素并且在每年的同一時期進行測量，也需要相對較長的時間，我們才能弄清楚Lutrive橋在1988年進行改造時額外橋梁后張[3,7,11]有沒有產(chǎn)生與兩者相同的影響。 圖1：Lutrive橋的長期撓度，與24小時內(nèi)撓度自動采集的數(shù)據(jù)，使得我們可以在一個可接受的成本上進行方便地測量，因此非常可取。一個可能的解決方案研究，進行了包括基于激光水準，光纖傳感器和GPS定位，得出的結(jié)論是，只要可以確保它們的長期穩(wěn)定性，當前類型的電子傾角儀，都適合于

8、自動測量現(xiàn)有橋梁的旋轉(zhuǎn)量[8]。 </p><p>　　3. MENTUE道橋 </p><p>　　Mentue橋是單箱雙室箱梁橋，將銜接從洛桑到伯爾尼的未來A1高速公路。每片梁設(shè)計類似，擁有約565m的,整體長度和13.46m的寬度，設(shè)計承載兩行車線和一個應(yīng)急車道。橋梁跨越一兩側(cè)有陡峭山坡的深谷（圖2）。平衡懸臂橋梁施工設(shè)計是與另一橋梁方案比選的結(jié)果。100m高的混凝土橋墩用爬模施工方

9、法完成后，平衡懸臂施工啟動（圖3） 。</p><p><b>　　4. 傾角儀 </b></p><p>　　從1995年開始，IBAP發(fā)起了一個研究項目，目的是調(diào)查利用傾角儀的測量系統(tǒng)的可行性。初步結(jié)果表明，傾角儀為結(jié)構(gòu)提供自動監(jiān)測提供了些許優(yōu)點。表1總結(jié)了本研</p><p>　　究選擇的傾角儀的主要特性。 衡量結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動的有趣屬性是，

10、對于一個給定的最大撓度跨度比，最大旋轉(zhuǎn)基本上是獨立于它的靜態(tài)系統(tǒng)[8]。由于在永久荷載下，最大允許值約1 / 1000的長期撓度已經(jīng)被全世界普遍接受，就像這項研究中大跨度箱梁橋取得發(fā)展，同樣適用于其他橋梁，例如跨度較短橋梁和其他類型跨度區(qū)域。這是很重要的，因為需要檢測那些小跨度梁，他</p><p>　　們構(gòu)成所有橋梁的大部分結(jié)構(gòu)。 表1 傾角儀的主要特性

11、</p><p>　　選定的傾角儀類型：偉倫Zerotronic ± 1 °[9]。其準確度為1 microradian（μrad），相當于一毫米每公里，是一個非常小的旋轉(zhuǎn)值。對于一個通常高度連續(xù)梁的中跨， 1 / 20000的跨中撓度，將導致最大約150μrad的旋轉(zhuǎn)，或0.15毫弧度（mrad）。 電子儀器潛在的一個問題是他們的測量結(jié)果可能隨時間漂移。為量化和控制這個問題，設(shè)計了

12、一種機械裝置，允許傾角為180 °旋轉(zhuǎn)正是在一水平面上（圖4）。每個傾角儀的漂移可以通過比較獲得的初始值和旋轉(zhuǎn)位置與以前獲得值簡單地獲得。到目前為止，我們觀察到工程中使用的那種傾角儀的類型對漂流不是很敏感。</p><p>　　5.曼圖橋的測試設(shè)備</p><p>　　一些采用平衡懸臂施工的橋梁，在實際使用中的狀態(tài)并不理想[2,7,10]，為了查清原因，對曼圖橋的變形發(fā)展做精密監(jiān)

13、控。這些橋跨設(shè)計時考慮了最近的關(guān)于后期張拉量的建議[7,10,13]。監(jiān)控從1997年建橋時開始，2001年通車后會繼續(xù)跟蹤監(jiān)控。偏轉(zhuǎn)監(jiān)控包含公路部門提供的地形水準、一個覆蓋兩跨整個跨度的流體靜力學水準系統(tǒng)以及北橋主跨上的傾角儀網(wǎng)。為了便于比較測量值，工程師的記錄數(shù)據(jù)要同步收集。觀測的信息將用于改善設(shè)計標準，尤其是關(guān)于后張拉量[7,10,11,12,13]。</p><p>　　一個數(shù)據(jù)提取程序會驅(qū)動自動監(jiān)控系統(tǒng)

14、，并將數(shù)據(jù)存儲。這個系統(tǒng)可以同步控制不同類型的傳感器，目前控制著傾角儀和熱傳感器。這個電腦程序控制所有的測量設(shè)備，它提供了一個靈活的框架模式，允許后期增加新型傳感器和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。LabView的使用給予使用者實驗室級別的設(shè)備和分析優(yōu)勢。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)可以在普通配置的電腦上運行，因特爾486/66兆赫的處理器、16兆內(nèi)存、500兆硬盤、WindowsNT的系統(tǒng)。所有傳感器的數(shù)據(jù)一分鐘收集一次，之后以壓縮格式存儲在硬盤里。系統(tǒng)安置在3號墩上

15、部的箱梁里（圖5）。它能抵抗嚴峻的氣候條件并且在電力供應(yīng)后自動工作，斷電在施工階段頻頻發(fā)生。</p><p><b>　　6.傳感器</b></p><p>　　圖5（a）給出了北橋主跨上傾角儀的位置。①和⑤傳感器安置在支撐軸上，③和④號分別在1/4和3/4跨，②號在1/8跨處。從橫截面看，傳感器安置在北腹板，高度與節(jié)目的重心對應(yīng)（圖5）。傳感器通過單根RS-485電

16、纜與位于①號傾角儀附近的數(shù)據(jù)中心相連。早在橋梁施工階段就已經(jīng)開始監(jiān)控。①、②和③號傾角儀安裝于橋跨合龍前。在這種特殊施工方法的不同施工階段，角度的變化范范圍較寬，因此測量的結(jié)果不是很直觀。</p><p>　　通過合成橋長方向測量的旋轉(zhuǎn)，可以確定偏轉(zhuǎn)的形式。盡管合成方法在原理上簡明易懂，但必須仔細計入荷載類型和可能的測量誤差[8,16]。</p><p>　　熱傳感器埋置在混凝土內(nèi)，這樣可

17、以計入模板后來澆筑幾何調(diào)整的溫度作用。圖6是熱傳感器在主跨中的布置圖。與圖5傾角儀測量不同，溫度測量時針對同一個截面。根據(jù)施工的需要，傳感器在澆筑前預置在模板內(nèi)，在拆模后即可進行測量。在每個截面上，九個傳感器中的七個（圖6中的黑色）由中央數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)自動控制測量。</p><p><b>　　7.檢測結(jié)果</b></p><p>　　圖7是傾角儀從1997年九月底導十

18、一月的第三個星期的測量結(jié)果。所有傾角儀在這段時間內(nèi)工作良好，其中測量間斷的部分，如十月初，是因為在施工操作中系統(tǒng)暫時斷電所致。結(jié)果整體的對稱，見①和⑤、③和④，表面設(shè)備在那段時間里的偏動并不明顯。根據(jù)傾角儀的測量結(jié)果，在觀察階段，橋的最大撓曲在40毫米左右。在以后其他測量結(jié)果的輔助下，更精確的數(shù)值可以計算出來。在圖上可以看到在幾天內(nèi)偏差的幾個上升階段及對應(yīng)的下降階段。這意味著需要對變形持續(xù)的監(jiān)測，以解釋這現(xiàn)象。從施工的角度來說，測量階段

19、很繁忙，這個階段進行著以下工作：混凝土的最后澆筑、實施千斤頂對橋的水平頂撐以補償一些墩的離心以及張拉連續(xù)預應(yīng)力筋和支索纜的留置（圖3），因此，解讀測量結(jié)果有一定的難度。將來的測量對解讀測量結(jié)果會有很大的幫助。</p><p>　　圖8是九月份的詳細測量結(jié)果，圖9是同時期中跨梁頂部和底部的溫度測量結(jié)果。顯然，變形與溫度的變化想對應(yīng)。梁底的溫度變化與空氣溫度（測量點位于北腹板邊的背陰處）變化一致。另一方面，截面上部的

20、溫度變化劇烈程度較低。這可能是因為梁體相對地面高程較大，除此以外，與測量階段橋面受到較少的陽光直射也有關(guān)系。頂板和底板的溫度梯度與短期的變化有直接的關(guān)系，但并不表明旋轉(zhuǎn)的總體變化是圖8所示的下降趨勢。</p><p>　　圖9 1997年11月溫度</p><p><b>　　8.發(fā)展前景</b></p><p>　　將來會發(fā)展出跟據(jù)旋轉(zhuǎn)的測量

21、結(jié)果去推算撓曲的算法。為了提高推算撓曲的準確度，現(xiàn)在正在研究整個結(jié)果的三維有限元模型[15]。這個模型將用來鑒定不同因素對旋轉(zhuǎn)的影響，例如，柱和梁的徐變、不均勻沉降、橫向和豎向溫度梯度、車輛荷載。</p><p>　　徹底分析曼圖橋的測量結(jié)果還需要大量的工作。這項研究項目的最終部分集中在兩個方面：一、解讀結(jié)構(gòu)的復雜行為；二、確定最重要的參數(shù)，以便于簡單有效的測量橋梁的撓曲。</p><p>

22、;　　最后，研究報告會給出根據(jù)測量的旋轉(zhuǎn)去確定撓曲的大體方法以及安裝傾角儀測量設(shè)備的可操作性建議。預計來年會在新點位增加傾角儀。在荷載試驗階段使用傾角儀測撓曲的經(jīng)驗證明這種方法較其他高科技方法有很多的靈活性和競爭性。</p><p>　　作為當前這個研究項目的擴展，測量橋梁伸縮縫運動的系統(tǒng)正在研發(fā)，這個系統(tǒng)與已有的監(jiān)控系統(tǒng)兼容性很好，因為其也使用傾角儀，只是傾角儀的類型稍有差別。</p><p

23、><b>　　9.結(jié)論</b></p><p>　　一個創(chuàng)新的測量結(jié)構(gòu)變形的系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生，這個方法使用高精確度的傾角儀。這個系統(tǒng)把高精度與簡單的設(shè)備有機結(jié)合起來。早期的結(jié)果很理想，表明使用傾角儀測量橋梁變形的方法是可行的，而且有一定的優(yōu)勢。這個系統(tǒng)是可靠的，它不會干擾施工和交通，設(shè)備安裝簡單。對溫度的同步測量結(jié)果確認溫度的變化對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)有很多的影響。</p><

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