基于短板效应的高速公路桥梁安全监测系统研究

【摘要】近年来，对高速公路桥梁的安全监测越来越重视，并根据实际需要，提出了基于短板效应的高速公路桥梁安全监测方案。本文以上海某高速公路桥梁为例，探讨基于短板效益的安全监测系统的工作原理和系统构造，并通过实际应用进行检验。

【关键词】短板效应；高速公路桥梁；安全监测

1 引言

随着我国社会经济的不断发展，高速公路建设的规模不断扩大，到2013年末，高速公路总里程为10.4万公里。为了确保高速公路的安全性和通畅性，日常安全监测和维护工作量极大。特别是高速公路的桥梁多、分布广、地质条件较为复杂，传统的桥梁安全监测方法已很难满足高速发展的需求[1]。近年来，随着科学技术的进步，基于短板效应的安全监测系统被研发并应用，提高了安全监测的效率。

2 基于短板效应桥梁安全监测系统的概述

以往对高速公路桥梁监测主要采取人工定期检测存在诸多的不足，比如：对桥梁结构损伤反应不够迅速、易受人为因素干扰、影响正常交通、难到达检测难度的区域、检测信息不完整等。为有效弥补这些不足，上世纪末期，国际上就提出了无人值守、即时监测的桥梁安全监测系统。短板效应，就是说水桶的高低不影响其盛水高度，而是由最短木板所决定。基于此理论，以影响桥梁结构安全参数为“短板”，比如：桥梁墩台的沉降等，建立高速公路桥梁安全监测系统，可有效降低系统的费用，提高检测效率，提升了实际应用价值。

3 基于短板效应桥梁安全监测系统构成

3.1 基本原理

本系统主要应用了连通管式电感液位传感器，以桥梁墩台的沉降为主要监测标准，即以其为“短板”，其基本原理是在被监测的桥墩和基准点之间装配连通管道，即把两点间垂直向的相对位置转变成连通管内液面的变化，通过连通管原理测得液面变化来计算出被测桥墩相对基准点的垂直变化。如果把基准点设于其它桥墩，该位置变化就是桥墩的相对沉降变化。如果把基准点设于永久点上，该位置变化则为桥墩的绝对沉降[2]。

3.2 监测系统构建

本研究中的监测系统主要有：水管、连通管、通讯设备、电感式数字液位传感器、监测服务器及沉降监测软件构成。在对墩台沉降监测时，首先应在桥梁墩台上布设多个测量点，每一个测量点均可对该点的液位进行动态实时测量；液位传感器则通过RS-485总线串联一起，测量所得的数据则通过总线多点采集功能传输到监测服务器，并保存于数据库。监测软件则对各测点的沉降进行实时计算，并绘制监测数据的时程曲线。

在实际测量过程中，将桥墩的沉降变化通过连通管管液面变化来反映，电感液位传感器反映出液面变化的情况，并转化成数字信号，并储存于传感器的缓存中。通讯控制设备根据设置好的采样数据和频率定时从传感器获得所需的测量信息，通讯控制设备把这些信息传输到中心监测服务器，再通过特点软件进行储存和管理，同时计算机进行自动计算，将被测高速公路的桥梁墩台沉降变化反映出来。在实际操作中，往往因高速公路桥梁地域分布较为广泛，桥址和监测中心存在一定的距离，为实现及时、快捷的数据通讯，可应用无线通讯实现系统数据的传输。采集器则和DTU无线网关进行连接，应用3G、2G、电信等无线通讯技术和监测中心进行数据的交换和传输。在数据计算完成后存储于中心服务器，用户可通过互联网进行访问，查询桥梁墩台的变化数据[3]。

4 实际应用

对上海某高速公路桥梁进行安全监测，该桥梁为上海至浙江高速段的一座大型连续性桥梁，全长约512m，根据桥梁的资料，确定其12#和13#桥墩存在相对沉降，以14#桥墩为基准点，将测量点设置在12#和13#梁桥墩的上下游测，基准点则设在14#的上下游测完成测量点的布置。再应用安全监测系统进行检测，发现12#和13#的相对沉降监测数据相对基准点未发生变化，表明对该桥梁不存在安全风险。要强调的是，对特别重要的高速公路桥梁，不能单单依靠单一监测，应进行全面的监测。

5 结语

通过本研究表明，建立基于短板效应的高速公路桥梁安全监测系统能及时有效的反映出大大桥墩的沉降变化状况，为桥梁的日常维护提供重要的数据参考，可有效提高桥梁养护的技术水平，提高监测效率和质量，降低监测和维护成本。基于短板效应的高速公路桥梁安全监测可直接监测到影响桥梁安全的关键性因素，在满足监测的要求下，相比传统的桥梁安全监测系统，可大幅减少系统建立规模，减少投入，实现了技术性和经济性的最佳平衡。通过本研中的实际应用，表明该系统具有良好的稳定性、经济性，且操作方便，在高速公路桥梁监测中具有重要的应用价值。

参考文献：

[1]周华东.公路桥梁运营安全监测技术研究[D].华南理工大学.2014，（6）：14-16

[2]廖继勇，胡柏学，罗阳青.基于短板效应的高速公路桥梁安全监测系统研究[J].湖南交通科技.2010，36（02）：83-86

[3]王[平，赵泽辉，刘亚磊等.基于巡检的高速公路桥梁安全监测与维护研究[J].中国安全科学学报.2009，19（5）：165-170