第３２卷第ｌ２期 Ｖ０１＿３２ Ｎｏ．１２ 建筑施工 ＢＵＩＬＤＩＮＧ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ 运营中铝合金人行天桥的监测 Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ Ｏｖｅｒｐａｓ ｉＵｖｅｒｐａｓｓ Ｉ ｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ口 黄勇 （１．杭州市京杭运河杭州段综合保护委员会许雷挺 李海沙 ３１００００，２．杭州市城市基础设施建设发展中心３１ｏｏｏｏ） 【摘要】对运营中的我国第一座铝合金桁架人行天桥——杭州市庆春路中河人行天桥进行监测，主要从结构的应力、线形 及动力性能状况等三个方面进行监测，结果表明，该桥运营性能良好，已达到安全标准。 【关键词】人行天桥铝合金结构运营监测力学特性 【中图分类号】Ｕ４４８．３６ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１０）１２—１２５０—０３ １ 工程概况 杭州市庆春路中河人行天桥位于杭州市庆春路和中河 路交叉路口，桥梁由主桥Ａ和副桥Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ，５跨组成。５跨 桥梁平面布置为工字形状，南北向主桥Ａ平行于中河路，东 西向副桥Ｂ、Ｃ和副桥Ｄ、Ｅ跨越中河路。中河路道路中心线附 制，都是非常有意义的。本文以杭州市庆春路中河人行天桥 中跨度最大的主桥为对象，介绍了该桥运营过程中结构的应 力、线形及动力性能状况，从而为该类桥梁的设计和运营管 理提供参考。 ２运营监测的主要内容 根据杭州市庆春路中河人行天桥的结构和材料特点， 近布置了２个桥墩平台，连接主桥与副桥，５跨桥梁之间结 构相互独立。行人通过与副桥相接的４台自动扶梯上桥。桥 梁上部结构均采用桁架结构，图１为该桥的平面及主桥Ａ的 侧面图和横断面图。 主要对以下３方面的力学性能进行监测：关键截面的应力状 态、结构的几何线形、人行桥结构的动力性能。 ２．１应力监测 警 桥自 墩剐平桥爿ＤＩｌ一副桥主Ｅ桥自Ａ 动扶 人梯行道板接 （ｂ）主桥Ａ的横断面 Ｅ ２．１．１测点布置 中河人行天桥结构形式为铝合金桁架结构，桁架的上、 下弦采用组合截面形式。通过在关键控制截面的上下弦布置 应力测点，以观测运营过程中这些截面的应力变化幅度及应 力分布情况，既为该桥的安全预警提供有效的实测数据，也 可以验证该类型桥梁设计理论的合理性。进行应力测点优化 布置时主要考虑下述３个方面的因素：结构受力最不利的截 面、组合截面各部件之间的共同工作性能状况、有利于传感 器的安装。根据上述应力测点的选取原则，对主桥共布设了 （Ｃ）主桥Ａ的立面 图１杭州庆春路中河人行桥桥型布置 １０个应力测点，其中有６个测点同时监测温度，以保证每个 构件上均有１个温度测点。图２为主桥跨中上弦的应力测 点。 庆春路中河人行天桥地处交通繁忙的庆春路与中河路 交叉路口，其人流量非常大，交通重要性高、影响范围广。本 桥的最大特点是采用新型的铝合金桁架结构，白重小、人群 活载所占的比例较大，由于这种材料在桥梁中应用在国内还 是首次，尚缺乏设计和管理经验，因此通过实际运营状况下 ｂ） 饼跨中 （＾／２ 左 弦杆捌点弗置翻 目 顶面 （ａ）ｉ桥跨中（Ｍ２）ｔ弦杆测点布置圈 的力学性能检测，无论对结构的安全还是建立有效的管理体 【作者简介】黄勇（１９７４一），男，工程处副处长，高级工程师。 联系地址：杭州市体育场路４５６号（３１００００） 图２ 主桥Ａ跨中截面的应力测点布置 ２．１．２ 实时应力测试方法 【收稿日期】２０１０—１１－２０ 应力测量通过振弦式应变传感器进行，选用了南京南 １２，２０１０ 黄勇、许雷挺、李海沙：运营中铝合金人行天桥的监测 第１２期 瑞大坝监测公司研发的ＮＶＧＳ系列振弦式应变计，如图３所 示。该应变计不仅能测量结构的应变，还可兼测测点的温度， 其主要技术指标：仪器标距为１５０ ｍｍ，量程为０ ８～３０００ ￡，分辨率＜０．１５％Ｆ．Ｓ，测量精度为０．５％Ｆ．Ｓ，温度测量范围 为一２５ｃｃ～＋６０ ｏｃ，温度测量精度±０．５ ｏｃ。 为了满足连续采样的目的，应变采集采用与传感器相 配套的ＤＡＵ２０００数据单元。该模块主要由下列几个部件组 成：ＮＤＡ系列智能数据采集模块、ＮＤＡ专用不间断电源、ＮＤＡ 通信模块、防潮加热器和多功能分线排等部件，这些部件安 装在一个如图４所示的密封箱内。每个采集箱配置有８个通 道，每个通道可监测一个应变和一个温度，也可同时测试２ 个应变。采集箱的测量方式分定时、间断、单检、巡检、选测或 任设测点群６类，定时间隔从１ ｍｉｎ到每月采样一次均可 设置。在对杭州市庆春路中河人行桥的运营监测中，应力测 试采用连续采样，采样周期为５ ｍｉｎ。 图３ ＮｖＧｓ振弦式钢板计 图４ ＤＡＵ２０００应变采集仪 ２．１．３应力实测结果及分析 图５为中河路人行主桥主桥跨中截面的测点在２００７年 ７月５日１９：２５～７月６日１９：４８，１ ｄ时间内的结构表面 温度和应变变化量时程曲线，表１则列出了７月７日４：３０ ～７月１２日１８：３０近一周内各测点的结构表面温度及应 变变化幅值。图５和表１中的应变采样问隔为５ ｍｉｎ，各测 点的基准温度为３１．５。Ｃ。 从图５可看出，如以３１．５ｃｃ作为结构的基准温度，主桥 １ ｄ内的内力变化趋势基本上与温度变化趋势一致。温度越 高，主桥的上、下弦产生压应变的变化量也越大，而与温度弓ｌ 起的应变相比，人群荷载引起应变的变化量要小很多（以跨 中上弦为例，人群产生应变的变化量在± ｓ范围内）。 从图５（ａ）同一上弦杆纵向的接缝左、右两侧测点的应变 时程比较可以看出，无论在温度荷载作用下还是在人群荷载 作用下，两测点应变变化趋势基本一致，说明接缝左右两侧 的构件能协同工作。 从图５（ｂ）同一上弦节段内、外侧测点的应变时程比较可 以看出，在温度荷载和人群荷载的作用下，同一高度的内外 侧测点的应变变化量存在较大差异。同一高度的内外侧测点 的应变变化量存在较大差异，说明上弦节段内、外侧弦杆不 能有效地协同工作。 从图５（ｃ）同一弦杆截面中心轴、下缘测点的应变时程比 较可以看出，在温度荷载作用下，上弦杆仅产生轴向内力，而 在人群荷载的作用下，上弦杆不仅产生轴向力也产生弯矩， 潮鳓 同一侧弦杆基本遵守平截面假定。 由表１的监测结果可以知道，如以３１．５。ｃ作为基准温 度，在一７．１ｃｃ～８．２ｏｃ左右的温度荷载的作用下，主桥实际运 营过程中上弦杆的应力变化幅度为一３．９８ ＭＰａ～３．４５ ＭＰａ， 大约占上弦杆最大设计压应力一５５．７１ ＭＰａ的７．１％左右，主 桥下弦杆的应力变化幅度为一５．０４ ＭＰａ～４．１１ ＭＰａ，大约占 下弦杆最大设计拉应力５５．３ ＭＰａ的７．４名。可见，本次监测 周期内，主桥上、下弦的应力变化幅度占设计总应力的比例 较小，由此可以判定结构强度处于安全范围内。 表１主桥运营过程中各测点的温度及应力变化汇总表 测试 构件 测点位置 测点编号 ７．６～７．１２洌， 试周期内 截面 温度变化幅度／℃ 应力＇￣／ＭＰａ 截面外侧中心轴 左侧上弦杆 且位于接头左侧 Ａ／２－１Ｔ≠ｉ｝ ２４．７ ３９．７ －３．９７～３．３１ 跨中 截面外侧中心轴 截面 且位于接头右侧 Ａ／２—２＃ －３．４８～２．６９ 截面内徊４中心轴 Ａ／２－４＃ ２４．８～３８．０ －３．９８～３．３Ｏ 右侧上弦杆 截面外侧中心轴 Ａ／２－６Ｔ撑 －３．３９～２ ３Ｏ 截面外侧下缘 Ａ／２—５≠≠ －３．７８～３．４２ 右侧下弦杆 截面顶缘 Ａ／２—７Ｔ＃ ２５ ０—３９．２ －５ ０４～４．１１ 左侧上弦杆 截面外侧中心轴 Ａ／４－１Ｔ≠≠ ２４ ４～３９ ７ －３ ３２～２．８Ｏ Ｌ／４ 右侧上弦杆 截面外侧中心轴 Ａ／４—４Ｔ＃ ２５．０～３８ ４ －３．７３～３Ｏ１ 截面 截面外侧下缘 Ａ／４－６≠≠ －３．８４～３．４５ 右侧下弦杆 截面顶缘 Ａ／４—８Ｔ≠≠ ２４．８～３８ ９ －４．７１～３．８８ 图５主桥跨中上下弦各测点的温度和应变时程比较 ２＿２动力－眭能监测 桥梁结构振动特性的变异与环境条件、荷载条件以及结 构损伤等有关。在正常运营条件下，完好的桥梁结构的振动 特性也会发生变化，这是桥梁的正常行为，与桥梁本身的损 伤变化无关。研究桥梁动力特性的变异性并将其量化，从而 在监测到的结构动力特性的变化中将这一正常的变异与由 损伤引起的变化真正区分开来是非常必要的。本桥的振动特 性测试主要针对能反映结构刚度的主要参数一固有频率，通 过结构在长期运营过程中在空载或满载状况结构的固有频 率的变化，以此来反映结构长期运营状况下的刚度变化，并 分析出该变异属于桥梁结构的正常行为，还是由结构损伤引 起的。 ・１２５１・ 第１２期 黄勇、许雷挺、李海沙：运营中铝合金人行天桥的监测 １２，２０１０ 誉越嘲嚣 振动测试、采集采用中国地震局工程力学研究所研制的 ９４１Ｂ高灵敏低频传感器以及配套设备（包括８通道９４１型 信号放大器和ＤＡ－Ｐ—Ｂ０１型数据采集分析系统、笔记本电 脑），详见图６。传感器布置在主跨跨中桥道板两侧，测试包 括水平和竖向２个方向的振动。 ■ （ｃ）ＤＡ—Ｐ—Ｂ０１型数据采集分析图 图６振动测试设备 中河路人行天桥的振动测试于２００７年７月１２日１７：００ ～１９：００的下班晚高峰时段进行，主桥随机采样了５个振动 样本，每个样本的采集时间控制在２ ｍｉｎ左右。图７为某一 删 藉侧 时段的振动时程曲线及相应的频谱曲线，表２为经频谱分析 得到的桥梁结构的实测固有频率，处接 主 与空载状态的固有频率的 侧 理论值相比，两者比较接近，说明桥梁结构运营过程中的整 体刚度基本没有发生变化。 表２中河路人行天桥的实测固有频率的汇总表 桥梁结构 固有频率／Ｈｚ 振动时程曲线 频谱曲线 方向 实测 理论（空载状态） 主桥 竖向 ３．８３ ３．８７ 图７（ａ） 图７（ｂ） ｌ水平 ３．５９ ３．５７ 水本杆杆 在基 平保 弦弦 上上 图７（ｆ／ｆｃ）／ 嗍 ＼锚 淤 图７（＼ 澈 ｄ） 卿 焊 一 采用时间／ｓ 采用时间／ｓ （ａ）某一时刻竖向时程曲线 ｆｈ）某一时刻水平向时程曲线 ｆｄ竖向加速度频谱曲线 （ｄ１水平加速度频谱曲线 图７主桥跨中振动测试的时程及频谱曲线 ２．３结构的几何线形监测 运营监测中主要将主桥最关键的部件——上弦杆作为 几何线形测试对象，测试内容主要包括水平面内和竖直平面 内两个方向的线形。由于中河人行桥上部结构均为简支体 系，桥墩的沉降对结构的内力没有影响，因此没有进行桥墩 ・１２５２・ 沉降的监测。 线形测试采用高精度全站仪，测量精度为１ ｍｍ，测试时 间安排在７月１２日上午９：３０～１１：３０进行，线形测试时 的大气温度为３０．２ｃＣ～３２ｃｃ范围内。 图７为中河人行铝桥上弦上的测点布置，测点均设在上 图７线形测点布置及平面内线形测试 图８上弦杆竖直面的线形 图８为主桥上弦杆在竖直面的线形，从两侧弦杆在竖 直面的线形比较可以看出，两根上弦杆在竖直平面内均存在 偏差，主桥的线形偏差发生在跨中附近的６个测点上，最大 偏差达到４．１ ｃｍ。 ３结论 通过对杭州市庆春路人行铝桥为期１周的运营监测，我 们可以得到如下结论： （１）运营过程中，中河人行铝桥结构的内力变化主要由 温度荷载引起的，人群荷载引起的内力变化非常小，如以主 桥上弦为例，本次监测周期内，上弦的温度变化为一６．８ｃｃ～ ｌ１．４ｃＣ，上弦产生的应变变化总量为一５６ ８～４９ ８（以 ３１．５ｃｃ为基准温度），而人群荷载作用下产生的应变变化量 仅为±１０ ｓ ｏ （２）本次监测周期内，主桥上、下弦的应力变化幅度分 另ｌ为一３．９８ ＭＰａ～３．４５ ＭＰａ、一５．０４ ＭＰａ～４．１１ ＭＰａ（以３１．５ｃｃ 为基准温度），应力变化幅度占设计总应力的比例均较小，可 见中河人行铝桥上、下弦杆的总应力水平处于安全范围内。 （３）结构实测固有频率与空载状态的理论频率值非常 接近，桥梁结构的整体刚度基本没有发生变化。 （４）在温度和人群荷载作用下，上、下弦接缝两侧的构 件能协同工作，但上弦节段内、外侧弦杆不能有效地协同工 作，这在设计该类型的铝合金桥时应引起重视。 （５）线形测量结果表明，结构在水平面内线形基本保 持直线，但在竖直平面内两根弦杆之间均存在不同程度的偏 差，其中主桥的线形偏差发生在跨中附近，最大偏差达到 ４．１ ｃｍ。 （６）人行桥的铝合金接头状况未出现异常。 参考文献（略）