中电建路桥集团工程科技大会(首届)论文集(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：中电建路桥集团有限公司

出版社：中国铁道出版社

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中电建路桥集团工程科技大会(首届)论文集试读：

本文集收录论文37篇，集中反映了中电建路桥集团有限公司在科研和工程实践方面取得的成果，涵盖桥梁与结构工程、岩土与隧道工程、路基路面工程、工程经济与管理等专业内容。序

众所周知，资本、知识和人才是支撑现代社会和现代企业的三个要素。在这三个要素中，我们至少可以从人才和知识之中看到科技在现代企业中的作用。近300年人类社会之所以发生翻天覆地的变化，根本原因是科技在经济社会中的应用。历史和事实反复证明，科学技术帮助人类认识自然界的客观规律，帮助我们改变人类的愚昧状态，是推动社会发展的根本力量。

中电建路桥集团有限公司成立以来，立意做建筑业的高科技企业，按差异化生存战略打造资本的路桥、技术的路桥、人才的路桥，在发展中取得了丰硕成果。论文结集出版，凝结了全集团管理者和员工的智慧和心血，对路桥集团长远发展具有深远的意义。

建筑业是人类最古老的产业。几千年来，人类一直为能在地球上有尊严地、舒适地生活而奋斗。从有记录的人类社会以来，建筑业就不自觉地承担了人类生存发展的物质和精神双重功能。综合考察人类发展的历史规律，建筑业与社会发展的相关度极高，建筑不仅仅具有功能性和艺术性，同时还背负着记录人类文明和进步的光荣使命，是不同历史阶段社会意识和时代精神的符号。自古以来，一个国家或城市往往通过伟大的建筑或工程来展现国家的强盛，增强民族的凝聚力和自信心。当今世界的物质文化遗产都是我们建筑人和上帝共同创造的。30多年的改革开放过程中，中国大地上成就了众多令后人骄傲的伟大工程，不断彰显着我们的时代精神，也不断记录着中华民族伟大复兴的足迹。

我们发现，自然界的动物大多具有建筑的本能，而动物所表达的建筑之美也许是人类永远学习的课题。人没有冬眠的本领，却通过自己的智慧利用洞穴建造了抵御自然界灾害的居所。人类史上的文明大多以建筑为载体，凝聚着人类的进步和智慧。仔细研究建筑史上的里程碑之作，你会发现，它们几乎构成了横贯5000年人类文明史的宏大叙事。从远古的金字塔、古罗马角斗场、万里长城到当代的三峡大坝、高速铁路及耸立云霄的摩天大厦，在这些人类为自己所构筑的空间中，几乎承载了每一个时代的全部信仰、社会情感和审美情趣。不同国家、不同时代的里程碑式的建筑，它们都带着深刻的历史烙印，默默展现着漫长岁月中一切宝贵的文明精华，令人无限遐想。我们不禁会问，人们是以一种什么样的精神在构造这些建筑？马克斯·韦伯曾言：“任何一项伟大的事业背后都有一种精神支撑”。

世界建筑业协会主席曾说过：“我们建筑人是在人间建造天堂，是在地球上建造比我们生命更长的建筑艺术。”德国哲学家马丁·海德格尔说过，我们人类应该诗意地栖居在大地上。我们选择留什么样的东西给世界，给我们的后人，是我们必须认真思考的问题。

企业是道德与合约的产物，对制度和规则的尊重是道德社会产生的基础。所谓企业行为最终可以分析为个人行为的整合，企业的产品是企业集体人格的延伸。每一个个体行为都会影响周围的一群人，进而影响一个产业。中国古代士大夫有“为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平”的情怀。亚里士多德曾言“吾爱吾师，吾更爱真理”。过去的岁月中，多少对科学的藐视、对文化和传统的破坏、文革期间的多少荒唐“杰作”、近30年中多少摧毁本民族精美传统建筑的事件，从来不缺少有本事、有智慧的知识分子参与其中，他们有权力而无尊严和人格，是魔影的化身。当今社会，追求政治级别和物质利益的越来越多，追求真理的却越来越少。明末清初名士顾炎武曾言“士大夫之无耻是为国耻”，他们缺乏骨气，被利益集团的金钱压弯了脊梁，被社会的纸醉金迷迷失了双眼。今天我们知识分子理当成为知识的载体、道德的楷模和社会良知的代言人，成为用知识和思想来呵护我们这个民族的时代精英，使我们这个民族免受愚昧的侵害。

综上所述，我认为我们的建筑精神应该是：

第一，责任。从业心态由单纯盈利转变为对产品质量的追求，有着以产品品质赢得社会尊重的责任感。

第二，使命。变职业为事业，将以工程为生提升为为事业而生，视建筑业为上帝赋予我们今生的使命，使之成为我们安身立命的事业。

第三，境界。把追求名利的原始动力转变为在地球上留下永久建筑艺术的理想追求。建筑和城市之魂是文化，人与自然的和谐、人与社会的和谐、人的灵与肉的和谐是文化永恒的主题。建筑是对美的追求，而对真善美的追求是人类永恒的动力。

是为序。前　言

科技兴企。中电建路桥集团有限公司在实施推进自主创新、促进产业升级和跨越式发展过程中，始终坚持以建立科技创新体系、掌握关键技术为先导，重视科技创新与公司发展的关系，充分发挥科技创新对公司改革和发展的促进作用，注重打造公司核心竞争力，培育体现企业结构和价值的产业链延伸管理模式，鼓励和支持全体员工积极参与科技创新工作。

中电建路桥集团有限公司自成立以来，大力实施“科技兴企”战略，以“创新科技体系、打造核心技术、分享技术信息、实现技术营销”为核心理念，坚持把自主创新和科技进步作为推动基础设施事业发展的强大动力，积极推进科技创新体制改革和科技创新平台建设，科技创新工作不断深入，科技成果数量和质量均有大幅度提高。广大科技工作者锐意进取、扎实工作，在技术开发、新技术集成、先进技术推广应用、社会公益类等领域做出了突出的成绩，取得了丰硕的成果。

值此中电建路桥集团有限公司首届工程科技大会召开之际，我们特组织出版这本论文集，旨在收集汇聚科技工作者们智慧的结晶，以备后鉴，更希望通过这本论文集，向外界打开一扇沟通之门，以期得到广大同行、专家学者的指正与引导。本论文集共收录论文37篇，内容涉及桥梁与结构工程、岩土与隧道工程、路基路面工程、工程经济与管理等领域。这些论文均来源于工程项目实践中，是广大科技工作者们潜心研究、笔耕不辍的成果，或许尚属浅显，且“绝知此事要躬行”，在今后更长远的科技创新过程中，其中的许多观点、理论将会得到进一步的完善。

建造比生命更长久的建筑艺术，我们一直在努力。中电建路桥集团有限公司2014年10月桥梁与结构工程钢管混凝土系杆拱桥施工中受力性能及稳定性分析成子桥 1 ，陈钒 1 ，王建欣 2 ，韩大勇 11.中电建路桥集团有限公司；2.河南省第四建筑工程有限公司

摘要： 为给钢管混凝土系杆拱桥施工监控提供理论依据，以南水北调中线工程河南南阳市姚湾跨渠公路桥为背景，采用有限元软件建立全桥三维空间模型，详细考虑混凝土灌注次序及混凝土徐变、吊杆张拉力次序、系杆多次张拉等环节，对结构施工全过程的内力和变形历程及系梁浇筑过程中支架受力进行分析。结果表明，施工过程中拱肋钢管及管内混凝土应力满足规范要求；各分支钢管中混凝土的压应力与混凝土灌注次序有关；钢管内灌注混凝土的徐变使钢管混凝土截面发生应力重分布；拱肋支架满足整体稳定性和分支稳定性要求。

关键词： 系杆拱；钢筋混凝土结构；支架法施工；有限元法；稳定性

1　引　言

钢管混凝土系杆拱桥受力体系是由钢管混凝土承担压力及弯矩，系杆拉力平衡拱脚推力，是一种外部静定内部超静定结构。采用钢管混凝土作拱肋的优点如下：一是与钢管拱相比，内灌混凝土显著提高了结构承载力；二是钢管可作为混凝土灌注的支架，与混凝土桥相比节省了施工支架，降低了施工费用。另外，钢管混凝土系杆拱桥在拱肋立面构成、截面布置等方面选择较多，造型灵活多样。因此，钢管混凝土拱桥在中等跨度至大跨度范围内具有相当的优势。自从我国在1990年建成世界上第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍东江大桥[1]（主跨115m）以来，钢管混凝土拱桥在我国发展迅速。据统计 ，我国已建和在建的钢管混凝土拱桥的数量已超过200座，跨度从100m左右增加到500m左右。由于拱桥在成拱前无法承担自身荷载，施工方法的进步是拱桥向大跨度方向发展的主要推动力。

钢管混凝土拱桥的施工方法主要有斜拉悬臂法、支架法、大件转移法（包括转体、顶推、整体吊装等）。对于钢管混凝土拱桥，支架[2]法的应用比斜拉悬臂法和大件转移法更普遍 。支架法施工时，为避免采用临时措施架设拱肋时产生拱脚推力问题，一般先施工系梁后架设拱肋。系梁施工多采用支架法，拱肋支架可架设在地面或系梁之上。

钢管混凝土系杆拱的施工既要保证施工支架安全，又要保证主体结构受力和变形符合设计要求。而施工次序，尤其是混凝土的灌注次序、刚度发展对拱肋受力和变形、支架强度及稳定性均有重要影响。施工过程中预应力的施加精度对结构受力影响也很大。为了确保施工过程中的结构和支架受力及稳定性，考虑上述因素，建立有限元模型，分析施工过程中拱桥受力、变形及支架稳定性等内容。

2　工程概况

姚湾东南跨渠公路桥位于南阳市规划城市道路光武路上。根据市政工程要求及渠道阻水影响要求，在跨渠时采用185m跨径梁拱体系下承式钢管混凝土系杆拱桥，双幅设计，单幅桥桥宽20.25m。其结构立面如图1所示。图1　185m跨径简支系杆拱立面图

每幅桥设置两道拱肋，拱肋采用钢管混凝土空间桁架结构。主拱拱肋计算跨径为180m，计算矢跨比f/L=1∶5，采用二次抛物线拱轴线形式。单幅桥拱肋截面为等截面桁架拱肋，拱肋外轮廓截面尺寸为3.0m×4.5m，弦杆直径为1120mm[厚20（22）mm]，平联钢管采用ф630mm×14mm和ф560mm×12mm两种形式，腹杆采用ф560mm×12mm。弦管、平联钢管内灌注C55微膨胀混凝土，拱肋受力构件采用Q345钢材。单幅桥两道拱肋间设置五道“一”字桁架式横撑和两道“K”字桁架式横撑以增强拱肋间横向稳定性。单幅桥拱肋间距（拱肋中心距）为23.85m。

单幅桥共设置21对吊杆，吊杆间距为8.0m，吊杆用PES-121镀锌高强平行钢丝。系梁梁部全长185m（含拱座），计算跨度181m，采用单箱单室预应力混凝土箱型截面。跨中梁高3.5m，顶板厚30cm，底板厚30cm，腹板厚30cm。纵向预应力筋采用公称直径15.24mm的高强低松弛钢绞线，管道形成采用塑料波纹管成孔。

系梁、横梁采用满堂支架法施工。每侧拱肋划分为9节，采用分段吊装法拼装，拼装支架为格构柱式。

3　施工过程计算模型

采用商用软件MIDAS建立桥梁模型，模型中系梁和拱肋均采用梁单元模拟，吊杆采用桁架单元模拟。结构分析有限元模型如图2所示。全桥共2628个单元，1556个节点。拱肋和系梁端部（即拱座）通过刚性连接固结，拱桥支座采用一般支撑模拟，满堂支架采用只受压竖向支座模拟。

主拱截面为组合截面，模型中采用施工联合截面的方式分阶段考虑其刚度的发展变化。主拱上下平联在吊装前已浇筑混凝土，模型中采用等效截面的方式考虑其刚度、重量效应。对于实际结构中的斜杆、检修爬梯、节点板、焊缝重量等通过自重调整系数予以考虑。实际结构中的系梁在吊杆横梁处的截面变化，吊杆横梁的截面变化等通过荷载来考虑其对整体结构位移的影响。对于满堂支架通过只受压弹性支座来模拟。只受压弹性支座的刚度用实际截面的刚度换算。图2　有限元模型立体图

桥梁恒载内力由各个施工阶段内力叠加而成，因此，对于不同的施工过程，桥梁恒载内力区别很大，各个阶段具有不同的静力体系，其中施工过程包括安装单元、拆除单元、施加临时约束、解除约束等工况。根据施工图设计，共划分为45个施工阶段。

为验算拱肋拼装支架，建立了如图3所示的支架有限元分析模型。格构柱承重构件为ф425×6钢管，钢管间用角钢作缀条连接。图3　拱肋支架计算模型图

4　桥梁施工过程分析

用上述模型计算结果施工时的应力和变形历程，作为施工控制的理论分析基准。内力主要关注施工阶段的拱脚轴力、弯矩，系梁轴力、弯矩，钢管和管内混凝土的应力，系梁应力以及吊杆张力等，同时给出各施工阶段拱肋和系梁的变形。

4.1　施工过程结构应力

施工过程中拱肋、系梁、吊杆应力随荷载、结构体系变化而变动。表1为主要施工阶段的拱肋、系梁应力变化过程。表1　主要施工阶段

图4为主要施工阶段拱肋拱脚截面钢管应力变化，图5为各施工阶段拱肋拱脚混凝土应力变化。图6和图7为拱肋1/4截面位置钢管和混凝土应力变化，图8和图9是拱顶截面钢管和混凝土应力变化。各截面均给出拱肋内侧下弦、外侧下弦、内侧上弦和内侧外侧下弦四个分支的最大压应力。图4　拱脚钢管应力随施工阶段变化图图5　拱脚混凝土应力随施工阶段变化图图6　1/4跨径处拱肋截面钢管应力变化图图7　1/4跨径处拱肋截面混凝土应力变化图图8　拱顶钢管应力随施工阶段变化图图9　拱顶混凝土应力随施工阶段变化图

由以上各图可见，整个施工过程中，拱脚截面应力最大，拱顶截面应力次之，拱肋1/4截面最小。施工过程中拱肋钢管最大压应力为w123MPa，小于1.30[σ ]=1.3×300=390MPa；管内混凝土最大压应力为9.8MPa，小于=0.70×24.5×0.9=15.4MPa。可见，施工阶段的压应力满足规范要求。

从上下弦钢管压应力看，拱脚截面承受负弯矩，1/4拱肋截面承受正弯矩。各分支钢管中混凝土的压应力大小次序大体为内侧下弦>外侧下弦>内侧上弦>外侧上弦，这与混凝土灌注次序相一致，即先期灌注的混凝土受压力较后期灌注混凝土压应力大。

从以上各图中可见，拱肋应力在第一次张拉吊杆以及安装桥道系两个施工阶段明显增大。在“后期徐变5年”施工阶段，混凝土压应力减小、钢管应力增大，这是由于混凝土的收缩徐变使得截面发生了应力重分布现象。

4.2　桥梁变形

桥梁施工过程中的累积位移关系到预拱度的设置问题。图10和图11给出了成桥时以及成桥后徐变5年时的系梁、拱肋竖向位移。由图可见，在施工过程中，系梁最大变形仅3.9mm，考虑后期徐变后系梁跨中上拱达27.5mm；拱肋在成桥时最大累积下挠为16.6mm，考虑5年徐变后拱肋下挠为28.3mm。施工时应根据施工变形综合考虑活载效应、徐变发展等合理设置预拱度。图10　系梁竖向位移图11　拱肋竖向位移

5　拱肋施工支架稳定分析

拱肋在合龙并灌注混凝土后才拆除拱肋支架，此时拱肋横向连接也已形成，因此拱肋落架后的稳定性能够保证。施工中稳定性的薄弱环节在拱肋施工支架，因此须对施工过程中的拱肋支架稳定性进行检算。

5.1　支架荷载及组合

作用在支架上的荷载有：（1）支架自重；（2）拱肋及横撑钢结构自重，拱肋钢管中灌注混凝土的部分重量；（3）作用在拱肋上的横桥向风力传递到支架顶端的荷载；（4）作用在支架柱、梁上的风荷载。假设在灌注拱肋混凝土前，拱肋上风力全部传递到支架顶部，记为“拱肋风荷载a”；在灌注混凝土后拱肋上风力传递到支架上的荷载根据全桥结构计算，记为“拱肋风荷载b”。

荷载组合为：（1）拱肋灌注混凝土后，不计风力：1.2×支架自重+1.2×拱肋（灌注混凝土）荷载；（2）拱肋灌注混凝土后，计入横向风力：1.2×支架自重+1.2×拱肋（灌注混凝土）荷载+1.1×拱肋风荷载a+1.1×支架风荷载；（3）拱肋灌注混凝土前，计入横向风力：1.2×支架自重+1.2×拱肋（未灌注混凝土）荷载+1.1×拱肋风荷载b+1.1×支架风荷载。

组合（2）和组合（3）用来检算格构柱的横桥向稳定性。考虑到纵桥向风荷载要乘以0.75的系数，而且拱肋纵向面积远小于横向面积，故格构柱的纵桥向稳定主要受竖向力控制，因此用组合（1）来检算格构柱纵桥向弯曲。

5.2　拱肋支架稳定

为提高整体稳定性，拱肋支架各柱之间纵、横向均没有水平连接，构成多层框架结构。进行稳定性分析时必须先确定各柱段的计算长度，然后分别对其进行整体稳定、分支稳定性计算，整体及分支稳定性均包括纵、横向稳定性。

框架柱计算长度的确定比单柱复杂，因为其反弯点距离与边界约束有关，而每段柱的边界就是与之相连的梁和柱。因此，框架格构柱的计算长度系数M可由柱上端的梁柱刚度比与柱下端的梁柱刚度比确[4]定 。

荷载组合Ⅱ、Ⅲ作用下验算支架的横向稳定性，荷载组合Ⅰ作用下验算支架的纵向稳定性。对各支架柱分段进行整体稳定性和分支稳1定性验算。整体稳定性名义应力f和分支稳定性名义应力f 见表2。表2　拱肋支架各分段整体、分支稳定性名义应力

表2中，整体稳定性名义应力最大值为159MPa，分支稳定性名义应力最大值为184MPa，均小于Q235钢材容许应力215MPa，因此支架整体稳定性和分支稳定性均满足要求。

6　总　结

以南水北调河南南阳姚湾跨渠钢管混凝土系杆拱桥为背景，考虑施工加载、钢管内混凝土灌注顺序、混凝土强度发展及收缩徐变、体系转换、支架刚度等施工细节，建立了施工分析模型，进行了施工全过程受力、变形分析，并对拱肋支架进行了稳定性检算，得出如下结论：（1）施工过程中拱肋钢管最大压应力、管内混凝土最大压应力均满足规范要求；（2）各分支钢管中混凝土的压应力与混凝土灌注次序有关，即先期灌注混凝土所受压应力较后期灌注混凝土所受压应力大；（3）钢管内灌注混凝土的徐变会使管混凝土截面发生应力重分布，其规律是混凝土压应力减小、钢管应力增大；（4）拱肋支架受力应根据包含支架刚度的桥梁施工模型计算，拱肋支架的稳定性也满足整体稳定性和分支稳定性要求。

参考文献

[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陈钒，唐英，杨晓燕.大跨度中承式钢管混凝土肋拱桥试验研究[J].四川建筑，2004，（6）.

[3]李松，唐英，彭友松，陈钒.钢管混凝土拱桥极限承载力的参数效益[J].桥梁建筑，2004，（6）.

>[4]姚谏，夏志斌.钢结构原理与设计（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.钢管混凝土拱桥实时监测及性能评估系统设计陈钒中电建路桥集团有限公司

摘要： 本文以某既有钢管混凝土拱桥实时监测及性能评估系统的研发为背景，系统阐述了基于网络的桥梁实时监测系统总体设计构架、数据采集子系统各功能模块和桥梁远程视频监测子系统的设计方案，介绍了运用模态动能法进行传感器合理布设和采用“基于设计理论的极值包络法”进行结构性能评估的分析过程，以及系统软件“基于网络的桥梁实时监测报警软件QLCBMWSv1.0”的相关内容。

关键词： 城市既有桥梁；钢管混凝土；实时监测及性能评估；系统设计

1　工程概况

本系统依托的工程位于成都市某交通干道上，上跨铁路编组场。其结构形式为下承式钢管系杆拱桥。钢管拱为等截面，拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.347，矢跨比为1/5，矢高6.4m，桥长133.7m，主拱计算跨度132m，设计荷载为汽超—20和挂—100，人群荷载为23.5kN/m 。

钢管拱由一片中肋和两片边肋共三肋组成。拱肋由直径110cm、壁厚12mm的上下钢管和板厚20mm、高50cm、宽60cm的腹箱组成哑铃形。主拱肋内压注C50微膨胀混凝土。拱肋吊杆采用无粘结钢绞线，共设3×21组。系杆采用无粘结预应力钢绞线，共设64根，中间为无粘结置于纵梁内，两端端节点内为自由粘结体。

桥梁上部由槽形盖板、行车道板、人行道板、横梁、纵梁、系杆构成。桥梁下部及基础由端节点、端横梁、墩柱横系梁、承台、承台系梁、挖孔桩基础构成。该桥已于1997年建成通车。

2　基于网络的桥梁实时监测及性能评估系统总体设计

2.1　系统的基本目标

本系统的基本目标是通过对该桥在营运状态的结构响应进行实时监测，达到对桥梁的结构主体进行运营性能状况评估，从而实现对大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。

2.2　桥梁现状对“实时监测及性能评估系统”的要求及解决方案

该桥梁跨越大型铁路编组场，电气化铁路干线在运行中，将产生强大的瞬间电磁场，严重影响数据采集部分的电磁敏感元件的正常工作，因此要求系统数据采集部分包括安装在电磁场的传感器和传输线路设备的电磁敏感性必须为中性。本系统采用光纤传感器采集数据、光纤作为传输线路，视频采集部分的摄像装置采用高屏蔽摄像头，数据转换装置采用光端机。

由于该桥是既有桥梁，其施工过程已无法追溯。桥梁运营8年来，未曾对其进行系统检测，桥梁的运营状态不明。在此情况下，要对结构的运营状态进行实时监测，对性能进行实时评估，要求采用的评估方法具有一定的安全保证，要能包络施工和运营过程可能造成的损伤对结构受力性能的影响，为损伤修复或采取有效的管养措施（如限制荷载等级和限制行车速度等）预留足够的时间。本系统的解决方案是采用“基于设计理论的极值包络法”进行实时评估，能有效地满足以上要求。

2.3　系统的监测项目、内容及方法

本系统以结构监测与评估为目标。在充分考虑本桥设计情况、施工状况和营运历史的前提下，确定本桥的监测项目及内容如下：

2.3.1　环境监测

环境监测的内容主要是对温度场进行监测，采用桥址小气象观测原理实施。

2.3.2　几何变形监测

几何变形监测也就是结构变位监测，采用全站仪观测法进行人工定期监测，其主要内容有：（1）桥面标高变化；（2）拱肋线形变化；（3）墩台沉降和拱座位移。

2.3.3　荷载状况监测

荷载状况监测采用视频监测系统进行，主要监测大桥交通荷载的通行状况，包括：（1）每天交通挤塞形成的次数；（2）交通挤塞发生的位置、持续时间和车辆的分布模式；（3）交通挤塞时的交通流量等。

2.3.4　桥梁结构静、动力效应监测

桥梁结构静、动力效应监测主要监测桥梁在恒载、风载、地震荷载及交通荷载作用下的反应，以及在温度、不均匀沉降等作用下的反应，采用光纤传感系统实现。其内容包括：（1）吊杆索力变化；（2）系杆索力变化；（3）拱肋、横梁各关键截面的应力应变。

2.4　系统组成

系统主要由状态监测部分、损伤报警及性能评估部分和辅助决策子系统三部分构成，其中状态监测部分包括数据采集子系统和视频采集子系统。

数据采集子系统主要由光纤传感器和网络分析仪组成的自动数据采集系统和人工定期测量数据采集两部分组成。

视频采集子系统系将网络图像系统与本系统的其他部分进行关联，前端采集部分采用光纤连接。

损伤报警及性能评估部分和辅助决策子系统的功能通过“桥梁健康监测报警软件QLCBMWSv1.0”去实现。“桥梁健康监测报警软件QLCBMWSv1.0”是整个系统的中枢，通过其对系统各功能模块进行统一调配，使各功能模块协调工作。

本系统功能模块如图1所示。图1　桥梁运营状态实时监测及性能评估系统功能模块图

2.5　系统工作流程

本系统是基于网络的桥梁实时监测及性能评估系统。系统采用的网络是内部局域网和远程监测数据传输网。由前端数据采集分析仪作为系统的主要数据收集端，负责收集由传感器获取的数据；由桥址监测室中的控制机对采集的数据进行误差判断后，借助为本系统专门开发的实时监测和性能评估软件“QLCBMWSv1.0”对监测数据进行分析处理，对异常状态进行判断，如有异常情况（结构响应超限）立即向中控中心发出报警信号，并向视频系统发出录像指令，确定结构测值超限位置，并对结构承载能力进行评价，将结论发送到中控中心进行储存，由中心控制机调用辅助决策子系统进行统计分析，生成报表报送管理部门，及时做出桥梁管养决策。

2.6　系统功能

本系统具备以下功能：（1）对结构的各类状态数据进行实时采集、实时分析和评估，对异常状态进行判断并报警，自动存储报警时刻的结构参数和桥梁荷载状况。（2）自动探查采集系统故障。采集系统长期暴露野外，极易发生故障，本系统具有自动探测故障并对故障进行定位的功能。（3）灵活设置数据采集时段，长期全面地记录桥梁的受荷及响应历史。（4）适时响应中控中心指令，对桥梁的实际运营状况进行实时查询、实时分析。

3　系统设计的几个关键问题

3.1　传感器合理布置位置的确定

结合所依托工程的特点，本系统的传感器优化布设算法采用模态动能法，即通过挑选振幅较大或者模态动能较大的点来布设传感器。实现步骤是：通过建立桥梁结构有限元分析模型，计算桥梁结构的频率、振型等整体动力特性，根据计算的振型形状初步确定测点；较为准确地计算在典型载荷下桥梁结构中的内力和应力分布情况，确定结构中的高应力区和易损部位等关键构件。（1）有限元模型

本桥的空间实体有限元模型如图2～图5，其中图2和图3为整体模型图，图4和图5为模型的局部图。图2　空间模型平面图图3　空间模型立体图图4　拱肋及横联局部模型图5　端节点、拱肋、端横梁局部模型（2）自振特性分析结果

本桥的自振特性分析，采用分块的Lancos方法实施特征值求解，并提取前十阶自振频率和振型模态。部分振型模态如图6～图11所示。图6　第1阶竖向一阶平面振型图图7　第1阶竖向一阶立面振型图图8　第1阶竖向一阶立体振型图图9　第2阶竖向二阶平面振型图图10　第2阶竖向二阶立面振型图图11　第2阶竖向二阶立体振型图（3）传感器合理布设位置

根据模态动能法原理，可确定本桥传感器合理布设位置。

拱肋应变传感器和变形观测点的布设位置为：拱脚截面、1/4截面、拱顶截面、3/4截面。

横梁应变传感器、吊杆索力传感器和桥面变形观测点的布设位置为：桥跨的1/4、拱顶、3/4处对应的吊杆、横梁的相应位置。

系杆索力由于构件的特殊性，只能利用纵梁与拱座间8cm的间隙，安放传感器，通过测量间隙的平均变化来换算系杆索力的变化量。

3.2　数据远程传输方式

本系统的远程数据传输采用有线数据传输。视频数据和桥梁健康监测数据均通过中国电信的专线光纤网络传输。

本桥传感器监测数据需2M传输带宽，可方便地在承载25帧的视频专线上增加2M的带宽。

3.3　桥梁远程视频监测子系统设计

3.3.1　设置视频监测系统的意义

在本桥上设视频监测系统的意义在于：使构件受力状态监测系统与视频监测系统协同工作，当受力状态监测系统反映受力指标超限时，通过视频监测系统能获取此刻的桥面荷载信息，便于对照分析，由此也可以用于监测超载车在桥上的行驶状况，并做出记录，以便为桥梁健康评估提供实证。同时，便于追溯桥面以上的监测设备发生故障的原因，即是元件自身故障还是人为破坏。

3.3.2　系统架构

系统在前端采用星行方式实现图像分散采集与集中编码处理，采用网络方式实现图像远程传输，能够适应多种形式的网络方式（包括专线、ADSL接入方式），同时适应网桥、路由器或者VPN等不同类型的网络设备。

视频监测系统拓扑图如图12所示。

3.3.3　预警触发录像的连接

预警触发录像，通过直接的串口连接，即桥梁状态数据监测系统与视频服务器的串口直接连接。

3.4　监测数据分析处理及性能评估

3.4.1　基于设计理论的极值包络法的原理及优点

该方法的原理是：有针对性地考虑具体桥梁的结构特征、施工状况和运营历史，对结构进行空间有限元建模，以桥梁设计理论为基础，进行各种最不利荷载作用的计算分析和可能出现的破坏形式的特殊分析计算，并综合考虑各种组合方式及结构对各监测项目的敏感程度，求得桥梁在设计荷载作用下的各传感器位置的极限控制值，以评判桥梁在实际运营中的动态响应情况，从而实现对桥梁进行多因素、多参数、多状态综合评估。

该方法除了具有简单明了、容易理解和实现的优点外，还有以下优点：图12　视频监测系统拓扑图（1）系统损伤报警时结构尚有一定的安全保证，可为采取有效管养措施留出时间，避免桥梁突然垮塌的危险。（2）系统介入时间灵活，对施工状态和运营历史依赖性弱，适应我国既有桥梁的现状。

3.4.2　“基于设计理论的极值包络法”的应用

利用自振特性分析的空间模型考虑桥梁运营中各种最不利荷载作用、基础沉降和失稳破坏，求得桥梁在设计荷载作用下的各传感器位置的极限控制值，将这些控制值录入桥梁实时监测报警软件“QLCBMWS”，与桥梁在实际运营中的实时动态响应进行对比分析，据此可对结构的损伤进行报警，对结构的具体损伤构件和损伤区域进行定位，并对结构的性能进行评估。

3.4.3　基于网络的桥梁实时监测报警软件（QLCBMWSv1.0）开发“基于网络的桥梁实时监测报警软件（QLCBMWSv1.0）”是为本系统专门开发的应用软件。该软件具有三项功能：①对实时采集所得数据进行同步处理，即从光纤网络分析仪提供的动态链接库中获取原始状态的监测数据进行数据整理分析；②对桥梁在实际运营中的实时动态响应进行分析比较，由此对结构的损伤进行报警，对结构的具体损伤构件和损伤区域进行定位，并对结构构件的性能进行评价；③其辅助决策子系统可方便地进行统计分析，生成报表，及时做出桥梁管养决策。该软件既可独立运行，也可以较方便地嵌入其他的信息系统中。现针对“QLCBMWSv1.0”的设计开发作一介绍。（1）系统软件功能结构

根据数据采集、分析处理和对结构性能进行评估的需要，系统的功能划分为结构变位监测模块、结构动静力响应监测模块、数据分析及报表管理模块、系统参数设定模块、用户管理模块和窗口管理模块。系统软件功能模块如图13所示。图13　基于网络的桥梁实时监测报警软件（QLCBMWSv1.0）功能模块图（2）系统软件体系结构

系统软件的体系结构分C/S结构和B/S结构两种。C/S结构一般建立在专用的网络上，小范围里的网络环境，局域网之间再通过专门服务器提供连接和数据交换服务，对信息安全的控制能力很强。

4　结　论

本系统已完成了现场硬件安装、软件调试和各子系统的联合调试。调试结果反映：（1）数据采集传输顺利，数据采集频率与预定的每秒钟100次的采集频率吻合，数据精度和准确性经校核系统校验（本系统设有长期校核系统），符合要求；（2）视频传输顺畅，图像清晰、连贯，无马赛克、拉条和间断现象；（3）对中控中心发出的数据和图像的采集、浏览、查询、存储和提供文档资料等一系列操控指令，系统响应正常，达到预期效果；（4）对超限状态的报警及时，对超限部位的判断准确，对超限状态评估正确，超限状态的视频图像存储同步性良好，超限状态的数据和图像保存完整、上传及时。

综上，本系统主要解决了如下问题：（1）将光纤传感技术和光纤传输技术成功用于城市既有桥梁的实时监测，解决了城市环境和强磁场干扰区的数据采集和传输问题；（2）解决了桥梁运营状况数据和图像的实时自动采集和大容量数据远程传输问题；（3）初步寻求到对城市既有钢管混凝土拱梁在运营状态下进行性能评估和损伤报警的方法。

参考文献

[1]郭玲，张利.桥梁结构健康监测[J].华东公路，2002，（4）.

[2]张启伟.大型桥梁健康监测概念与监测系统设计[J].同济大学学报，2001，（1）.

[3]韩大建.大跨度桥梁健康监测技术的近期研究进展[J].桥梁建设，2002，（6）.

[4]崔飞.传感器优化布设在桥梁健康监测中的应用[J].同济大学学报，1999，（27）.

[5]张启伟.桥梁结构模型修正与损伤识别[D].上海：同济大学，1999.

[6]余天庆.桥梁结构的损伤现代检测与评估[J].世界桥梁，2004，（2）.

[7]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[8]陈钒.大跨度中承式钢管混凝土肋拱桥实桥试验研究[J].四川建筑，2004，（6）.

[9]杨晓燕，陈钒.谈桥梁健康监测系统软件开发[J].四川建筑，2005，（5）.钢箱梁桥面新型组合铺装施工技术成子桥 1 ，赵振东 2 ，高展 11.中电建路桥集团有限公司；2.中水电（郑州）投资发展有限公司

摘要： 本文结合郑州市三环路陇海立交匝道钢箱梁桥面“钢纤维混凝土+双层沥青混凝土”新型组合铺装工程，介绍了钢箱梁桥面组合铺装施工工艺流程及施工质量控制方法，探讨了施工各阶段质量控制要点，可为今后类似铺装工程提供有益的借鉴。

关键词： 钢箱梁；匝道；组合铺装；施工控制

钢桥面铺装受力和铺装技术较为复杂，我国部分已建成的桥梁钢桥面铺装出现了不同程度的病害问题，如虎门大桥、江阴大桥、厦门海沧大桥、宜昌长江公路大桥等。钢桥面铺装层的主要病害类型有车辙变形、纵横向裂缝、局部拥包、龟裂以及层间推移等。目前已建成的钢桥桥面铺装在服役期内大都出现了上述一种或多种病害，因而钢箱梁桥面铺装仍是尚需解决的技术难题。钢箱梁桥面铺装服役能力与施工阶段关系密切，故有必要对桥面铺装施工质量控制方法进行研究。本文结合郑州市西三环陇海立交匝道钢箱梁桥面铺装工程实践，对其施工过程及质量控制技术进行探讨。

1　工程概况

郑州市西三环位于郑州市中心城区，北接现状科学大道立交，南与现状嵩山路立交顺接，全长约12.4km，为郑州市快速环路，在桥梁跨度较大地段，采用钢箱梁结构。陇海路立交桥位于郑州市西三环和陇海路交叉口，是郑州西三环快速化工程的重点工程。在陇海路立交桥工程中，对于跨度大、曲线半径小的地段采用钢箱梁进行架设，钢箱梁桥面铺装采用“钢纤维混凝土+双层沥青混凝土”组合铺装设计方案。

2　施工工艺

钢纤维混凝土与沥青混凝土组合铺装施工分为钢桥面处理、钢纤维混凝土层施工、防水粘结层施工、沥青混凝土下面层、粘层施工、沥青混凝土上面层施工等阶段，其施工工艺流程如图1所示。

3　施工质量控制

3.1　钢纤维混凝土施工（1）为确保桥面钢纤维混凝土铺装的连续性和钢纤维分布的均匀性，铺装前应对拌和、运输以及混凝土泵送设备进行检修，验证其配套能力，并进行钢纤维混凝土的试拌和试铺。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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