综合案例3—桥梁故障分析

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1、综合案例三桥梁故障分析一、案例背景桥梁是交通的咽喉，交通是社会经济的命脉，交通的不畅会制约社会经济的发展。所以桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有重要位置，保证桥梁的功能性，尤其是安全性至关重要。随着科技的进步以及交通运输的需要，桥梁发展的新趋势是桥梁跨度不断增大、桥型不断丰富，因而许多大跨度桥梁应运而生，但由于缺乏必要的监测和相应的养护，世界各地出现了大量桥梁损坏事故，给国民经济和生命财产造成了巨大损失，如1967年12月横跨美国俄亥俄河上的银桥突然倒塌，造成46人死于非命1141；1999年1月4

2、日，我国重庆市綦江县彩虹桥倒塌，造成16人死亡，24人重伤的恶性事故。桥梁损伤包括设计造成的先天性损伤、施工造成的原生性损伤以及运营期间环境作用造成的后天性损伤。所有的这些损伤随着时间的推移不断发展。外观上的损伤多数并不影响桥梁的正常使用，也比较容易解决；结构上的损伤则会影响桥梁使用甚至导致交通事故，而这类损伤在判断和处理上也更为吃力一些，我们把这种损伤称为桥梁故障。我们知道，一旦等到桥梁故障状况已经很严重，才对桥梁进行维修及加固处理显然会严重影响正常道路通行，带来巨大损失，更为严重的是若处理不及时或不正

3、确，可能引起重大交通事故，造成严重社会影响。因此，为防范于未然，在桥梁尚未出现明显故障的前期，通过桥梁监控数据对其进行故障诊断和预测就显得极其有现实意义。本案例选取某市一大桥作为分析对象。这是一座悬索桥，已建3年，总投资达16亿人民币，在国内桥梁史上创造了多个“第一”。大桥工程由主桥、西引道和东引道三大部分组成，全长7.3公里。主桥为三跨连续加劲刚箱梁悬索桥，其中正桥长1420米，西引道路线长1990米，东引道路线长3860米，主桥长1022米，主跨600米，对称边跨211米，主塔高163.48米，双向6

4、车道，并预留两条轻轨交通，设计行车速度80公里/小时，通行能力65000辆/日。该大桥管理处通过路桥管理维护系统获得了大量桥梁安全维护数据，但在实际故障维护处理时却没有很好的利用这些数据进行智能分析，都只限于简单地根据当前数据和经验来判断现有故障，却没有通过分析这些数据来预测未来故障及安排维护方案，是对宝贵的数据资源的极大浪费。另外，路桥管理维护系统对桥梁的外观以及某些结构特性进行监测，监测的结果一般只能部分地反映结构的当前状态，但是却难以对桥梁故障的可能性做出预测，这也是实际应用中的一个难点：如何根据现

5、有的数据预测故障的发展情况？面对大量复杂的桥梁故障数据，我们选用Excel工具来对其部分进行示例性的分析，以提供一种简便易行的分析方法。二、大桥故障诊断预测1.局部数据分析所谓局部故障诊断是选取桥梁检测的某部位数据对该部位状况进行分析，预测该部位的未来数据，为该部位的日常养护提供依据，并可依据预测数据对其是否产生故障进行判断。（1）数据获取塔柱水平位移变形观测受荷载影响较大，因此均在夜间封桥中断交通期间进行。共有4个观测点，分别是东上（东塔上游）、东下（东塔下游）、西上（西塔上游）、西下（西塔下游），采用

6、解析法对原始观测数据进行计算，得到各观测点的坐标，X、Y分别代表该观测点横、纵坐标值，T表示观测点的温度。最终数据如表14-1所示。表14-1塔柱水平位移变形观测数据表时间序号东上东下XYTXYT2000.1215232.1673-18.990311.405232.186318.941311.402001.1225232.1757-18.99289.005232.195518.95057.902002.0935232.2361-18.993430.405232.255618.963231.402003.0

7、145232.1921-18.992710.205232.209918.958410.202003.0855232.2377-18.996631.005232.250718.959531.002004.0265232.1884-18.990010.205232.206718.949810.202004.0875232.2216-18.993225.805232.237918.960825.80时间序号西上西下XYTXYT2000.1215837.9981-18.868211.705838.028019.0

8、31411.702001.1225837.9973-18.93928.605838.021518.96268.602002.0935837.9455-18.935928.605837.970318.977430.102003.0145837.9867-18.929010.605838.013018.962310.802003.0855837.9289-18.954531.805837.954518.964331.802004.