桥梁健康监测系统中锚索计更换及实施过程
2015-06-24
1 桥梁健康监测的意义及目的
1.1项目概况
成都市二环路跨清水河交叉口立交工程，是成都市二环路上重要工程之一，在成都市道路交通网中占有重要的地位。该立交桥主桥桥型采用双幅独塔两跨自锚式悬索桥。主跨布置为26m+70m+70m+26m，其中一跨跨越清水河，另一跨跨越大石西路路口，主桥全长192m。全桥共设四根主缆，采用预制平行索股逐根架设的施工方法(PPWS)。吊索采用铅垂布置，在标准段间距4m，索塔两侧为7m，每个吊点设一根吊索。全桥总计安装56台穿心式锚索计，锚索计在大缆和有代表性的吊杆上布置。每根大缆由14 股127 丝φ5.3mm 的镀锌高强钢丝组成，选择其中的3 股钢丝进行索力监测，6 根大缆共计24 个测点。吊索的监测方案是选择具有代表性的吊索进行监测，包括：最长吊索、最短的两根吊索以及跨中附近的吊索，共计32个测点。
1.2健康监测的目的及意义
1.2.1健康监测的意义
多年来，桥梁结构的安全状况一直是公众特别关心的问题。现代化大型桥梁是交通主干道的重要节点，对交通运输区域发展具有重大影响，是国家、地区经济发展与技术进步的象征。然而，目前，国内外许多桥梁都存在不同程度的隐患。我国许多重要的大型桥梁都没有建立保证安全性和耐久性的维护系统。由于缺乏大桥结构整体性的安全监测系统，对结构状态的任何异常不能及时发现，以做出相应的防患措施。一些城市已发生大桥严重的质量事故，造成很大的经济损失和不良的社会影响。分析产生上述事故的原因很复杂，除设计与施工方面的原因以外，这些桥梁长期处于超负荷运营状态，致使许多构件的疲劳损伤加剧，是导致倒塌的重要原因。如果能对桥梁的疲劳损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，在灾难来临之前给出预警，将会大大减少惨剧的发生。
另一方面，在对局部质量严重退化的结构进行维修更新时，由于目前的检测技术不能对结构各构件的损伤状况作出准确客观的评估，因此，常常不得不过于保守地对“可能”问题的部件全部更新，造成很大的材料浪费和经济损失。可见桥梁监测系统和检测技术的建立与完善，不仅影响到重要结构的健康安全和道路交通的正常运营，还与大型结构的维修费用密切相关。
1.2.2健康监测的目的
运营健康监测系统必须能够对上述因素进行监测，因此，健康监测系统实施的目的是：
（1）随时掌握桥梁结构的内力状态及损伤情况；
（2）尽早发现桥梁结构面临的危险状况；
（3）为桥梁结构的养护维修提供依据。
2 锚索计的更换原理及实施过程
2.1实施原理和施工程序：
2.1.1施工流程
施工准备→操作平台搭设→拆除吊杆、主缆索股的保护罩→拆除传感器→传感器修理→安装传感器→安装保护罩。
2.1.2施工准备
（1）施工机具准备：根据吊杆、主缆索股锚具的规格型号，各加工两套HALF螺母（两半式锚具螺母,见图1）、两套张拉用连接套，并根据吊杆、主缆索股张拉力各加工两套张拉杆、张拉撑脚，各配备2套千斤顶、油泵，进场前将千斤顶与油表配套进行标定。
（2）清水河桥位处交通要道，虽初步确定晚上23点后开始施工，但此时车流量仍较大，须提前与相关部门协调、沟通，确定封行方案。
2.1.3操作平台搭设
共有12根吊杆须使用挂篮操作（需跨越清水河），故预先需加工两套挂篮，为了挂篮的安装及移动还需加工龙门架一个，其余20根吊杆及主缆索股传感器均可在梁底搭设移动脚手架进行拆除、安装。
图1 HALF螺母图
2.1.4拆除吊杆、主缆索股的保护罩
（1）吊杆保护罩拆除：吊杆有内外两个保护罩（见图2及图3），外保护罩与梁底的连接有的为螺钉连接，有的为焊接，螺钉连接的因螺钉锈蚀或其它原因已不能正常旋出，需用手电钻将其钻除，焊接的可用氧割将连接处割开、拆除；内保护罩的连接为焊接，因该处空间狭小，只能用小角磨机将焊缝缓慢磨除。
图2 吊杆外保护罩图3 吊杆内保护罩
（2）主缆索股的保护罩拆除：主缆锚具后部用钢板封闭，需先将钢板割开、拆除，再将保护罩拆下。
（3）待保护罩拆下后，需将锚具上的防腐油脂清理干净，为后续工作做好准备。
2.1.5拆除传感器
将连接套与吊杆（主缆索股）锚具连接，并将张拉杆、张拉撑脚、千斤顶等张拉组件按要求安装好，高压电动油泵与千斤顶用油管连接，待检查各部件安装位置无误后，起动油泵缓慢向千斤顶送油，待吊杆（主缆索股）锚具螺母开始松动时，油泵停止送油，记录此时油压，然后将锚具螺母旋出，直至传感器与垫板之间的空间满足HALF螺母安装空间后，将HALF螺母安装在传感器与垫板之间的锚具上，并将其调整好，使之紧贴锚垫板，确保HALF螺母安装好、吊杆张拉力与原索力一致后，油泵缓慢卸压，此时吊杆由HALF螺母临时锚固，待千斤顶回程后，拆除张拉组件，将传感器拆下后将吊杆（主缆索股）锚具原螺母重新旋在锚具上，并安装好张拉组件，起动油泵缓慢向千斤顶送油，待HALF螺母开始松动时，油泵停止送油，将HALF螺母拆下，将吊杆（主缆索股）锚具原螺母旋紧，使之紧贴锚垫板，确保吊杆（主缆索股）锚具紧贴锚垫板、且吊杆张拉力与原索力一致后，油泵缓慢卸压，千斤顶回程，拆除张拉组件，完成一个传感器拆除，重复以上操作将所有传感器拆除。
注意：为了拆除传感器，需对吊杆（主缆索股）进行张拉，使吊杆（主缆索股）锚具螺母松动进而拆除传感器，在进行张拉时油泵要缓慢送油，当初动力与设计张拉力比较出现异常时，需查明原因方可进行下一步操作。图4为主缆锚头处安装张拉千斤顶。
图4 主缆锚头处安装张拉千斤顶
2.1.6安装传感器
需重新将其安装至原来位置，在需安装传感器的吊杆（主缆索股）锚具上安装好张拉组件，起动油泵缓慢向千斤顶送油，待吊杆（主缆索股）锚具螺母开始松动时，油泵停止送油，然后将锚具螺母旋出，直至锚具螺母与垫板之间的空间满足HALF螺母安装空间后，将HALF螺母安装在锚具螺母与垫板之间的锚具上，并将其调整好，使之紧贴锚垫板，确保HALF螺母安装好、吊杆张拉力与原索力一致后，油泵缓慢卸压，此时吊杆由HALF螺母临时锚固，待千斤顶回程后，拆除张拉组件，将传感器、锚具螺母依次套在锚具上，并安装好张拉组件，起动油泵缓慢向千斤顶送油，待HALF螺母开始松动时，油泵停止送油，将HALF螺母拆下，传感器、锚具螺母安装在锚具上，确保传感器紧贴锚垫板，螺母紧贴传感器、且吊杆张拉力与原索力一致后，油泵缓慢卸压，千斤顶回程，拆除张拉组件，完成一个传感器安装，重复以上操作将所有传感器安装完成。
注意：张拉索力要以设计索力为依据严格控制，确保不影响桥梁结构内力变化容许值。
2.1.7监测校核索力
传感器安装完成后，需对安装后成桥索力进行校核，确保成桥索力达到设计索力。
2.1.8安装保护罩
传感器安装完成后，需将保护罩按原样重新安装好，在安装吊杆锚具内保护罩、主缆索股锚具保护罩之前，在锚具表面及保护罩内壁按要求涂抹防腐油脂，然后将保护罩按要求安装好。
因此，通过近两年清水河大桥健康监控系统的运营，很好地为桥梁管理者提供有效的养护维修和管理依据，从而使得清水河大桥的使用性能得以改善，寿命得以延长，减少和避免灾难性事故的发生，推动和促进行业的科技进步。除了对结构运营状态进行监测外，对桥梁的日常管理养护等工作也纳入综合管理系统，实现了管养工作制度化、管养技术现代化、管养决策科学化。既减少了管理者的劳动强度，同时很大程度上避免了依赖于管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法。增强了对桥梁状况全面的把握和了解，信息得到及时反馈。
3 结束语
现代化大型桥梁是交通主干道的重要节点，对交通运输区域发展具有重大影响，是国家、地区经济发展与技术进步的象征，因此桥梁运营期的健康监测近年来受到了业内人士的普遍关注。本文以成都市清水河大桥为工程依托，阐明了桥梁健康监测的意义及目的，最介绍了桥梁健康监测系统传感器的更换方法，可为相似工程提供参考。
