2、 工程实例

　　在杭甬运河拓宽改造工程一座钢管混凝土拱桥过程中，笔者结合上述桥梁全寿命监控系统理论，为该工程补充设置了施工监控、竣工荷载试验和实时监测，最大可能得实现了全寿命监控系统理论，现结合该工程实施过程，对全寿命监控系统理论做一详细阐述。

　　2.1 工程概况

　　该桥位于浙江省，跨越杭甬大运河。主桥为单跨88米下承式钢管混凝土系杆拱桥，横桥向设二片拱肋。由于该桥已完成设计阶段及设计审查进入施工阶段，依据上述桥梁全寿命监控系统理论，笔者在施工阶段补充设置了施工监控、竣工荷载试验和实时监测。施工监控根据现场实际情况，校核设计并指导施工达到实际要求的内力和线形。竣工荷载试验的结论作为竣工验收的重要一环，检验桥梁结构的承载能力。在施工时做好运营状态实时监测设备预埋工作，桥梁进入运营阶段后对结构关键部位和构件进行实时监测。

　　2.2 桥梁全寿命监控系统理论在施工阶段的具体运用

　　施工监理和施工监控是桥梁全寿命监控理论在桥梁施工阶段设置的重要保障手段，国家建设制度对施工监理有明确规定，本文不予赘叙，下文重点论述桥梁全寿命监控系统中施工监控和竣工荷载试验在施工阶段和施工阶段结束竣工验收的作用。

　　2.2.1施工监控

　　在全寿命监控系统中，施工监控不再孤立地仅仅指导施工，而是把桥梁的施工阶段纳入全寿命进程，以获得安全、舒适的结构、并精确掌握结构的力学状态为主要目的。

　　依据上述核心思想，施工监控不再以实现设计要求为唯一目标，而是对设计进行校核进而优化。在该桥施工仿真计算中，监控方发现成桥索力存在优化余地，并做出优化方案，经与设计沟通，设计同意该优化方案，成桥索力优化前后系梁应力如图2.1所示。

　　图2.1 优化后系梁应力 图2.2施工索力优化结果

　　在桥梁全寿命监控系统理论中，施工监控作为其中至关重要的一环，其重要性，不仅仅在于其校核并优化设计，还在于其指导施工保证最优的设计能成功实现。拱桥吊杆索力是关系其成桥线形好坏应力状态优劣的关键因素，在该桥施工过程中，监控方结合施工方吊杆张拉机具等实际情况，运用影响矩阵法进行了吊杆施工索力(张拉力)优化，制定了吊杆张拉方案。吊杆索力监控结果如图2.2所示(理论值为目标索力，实测值为实测索力)。

　　依据监控方的张拉方案施工，该桥成桥索力和设计索力误差大都控制在2%以内，全部控制在5%以内。另外，设计线型符合设计要求，实测应力与理论值拉压性质吻合，变化趋势一致，且实测应力小于理论值，不存在任何力学性能缺陷。

　　施工监控是全寿命监控系统理论中重要的一环，全寿命监控系统理论下的施工监控有以下几个特点：

　　1)校核并优化设计，在结构施工成型之前，施工监控是结构在理论上最优的最后一道保障。

　　2)指导施工实现最优目标。施工监控考虑施工工艺、环境等设计无法预先考虑的工程实际情况，识别施工参数和误差，并做出合理调整，以实现理论上最优的和顺线形和良好内力。

　　3)施工监控为成桥后实时监测埋设监测仪器，为竣工荷载试验和实时监测提供相关监测参数，使掌握结构精确的初始内力状态成为可能。

　　2.2.2 竣工荷载试验

　　全寿命监控系统理论认为，桥梁进入运营阶段前，必须进行竣工验收，竣工荷载试验是竣工验收的重要组成部分，通过实际荷载试验检验桥梁承载能力是否达到设计和规范要求，是否满足运营条件，同时找出桥梁结构的薄弱环节，以此决定桥梁结构能否投入运营，以及投入运营之后的监测和养护重点。

　　在全寿命监控系统理论中，显示桥梁结构状态的应力和线型等各种数据是传递而非静止和隔离的，施工监控的结果给竣工荷载试验控制断面及荷载效率系数的确定提供了重要的参考，该桥荷载试验控制断面以及荷载效率系数如表2.1所示。

　　表2.1 荷载效率系数表 理论加载工况 加载方式 控制项目 荷载效率系数hq 1 对称加载 拱脚断面 81.25% 拱肋1/4断面 90.76% 2 对称加载 拱肋跨中断面 91.32% 3 对称加载 拱肋1/4断面 84.07% 系梁1/4断面 93.76% 4 偏载 拱肋跨中断面 81.35% 竣工荷载试验需要测设挠度，应变等参量，该桥为拱桥还需测量吊杆索力，利用施工监控时埋设的应变测量设备及确定的索力测量参数，结合该试验时补充的仪器，该桥试验测得的数据结构更加真实可信。图2.3给出拱肋挠度实测值与理论值关系曲线。

　　图2.3 拱肋挠度实测值与理论值关系曲线

　　从图2.3可知，在试验荷载作用下，结构应变和变形的实测值小于理论值，实测值与计算值变化趋势吻合且数值接近，结合施工监控所得的成桥应力状态，结构应变和变形值的实测极值均满足桥梁规范的要求，结构始终处于安全受力状态。可以投入实际使用。

　　竣工荷载试验是竣工验收的重要组成部分，在全寿命监控系统理论指导下，该桥竣工荷载试验取得了良好的结果，说明了全寿命监控系统理论之可行性和有效性：由于施工监控提供的精确监测参数(如吊杆长度和索力测量参数等)，竣工荷载试验过程可以准确测得相关力学参量，同时施工监控结果显示的薄弱断面，在为竣工荷载试验确定试验控制断面提供参考的同时，又提醒试验者，试验过程中必须注意分级加载，保证安全。既保证了试验安全，又检测出薄弱断面的承载能力。

　　在全寿命监控系统理论中，竣工荷载试验作为施工结束与投入运营之间的关键节点，在评定出结构的承载能力之外，还为桥梁结构以后的运营维护重点指明了方向。

　　2.3桥梁全寿命监控系统理论在运营阶段的具体运用

　　该桥桥竣工两年，按规划，每半年应进行一次全面检测，采用施工阶段施工监控方预埋的测量仪器和相关测量参数等技术资料，可测得其真实应力状态和吊杆索力。并结合其他检测手段，比较竣工荷载试验得到的成桥状态，评估出结构是否处于健康运营状态。

　　在全寿命监控系统理论中，实时监测将根据竣工荷载试验结果，有方向性进行实时监测，并根据实时监测结果确定养护维修措施和频率，保证桥梁结构力学状态始终处于桥梁管理者的掌握之中，桥梁结构始终处于健康运营状态。

　　3 小结

　　本文结合浙江省一座钢管混凝土拱桥全寿命监控系统工程实例对全寿命监控理论进行了阐述，大桥安全运行两年以来显示，全寿命监控系统行之有效。

　　目前我国桥梁建设事业，设计复核，施工监控已经成为建设者的普遍共识，实时监测和旧桥监测评定也逐渐推广，但大都由不同科研单位进行，各阶段数据彼此割裂，无法互相参考辅助，监测得到桥梁结构内力状态大多存在较大误差甚至错误，不仅造成资源浪费，且易形成风险，此时需整合相关技术资源，使设计复核、施工监控和实时监测形成整体，组成全寿命监控系统。

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