南同蒲铁路黄河特大桥拖拉换梁施工过程施工监控设计与实现 摘要：南同蒲铁路黄河特大桥拖拉换梁施工控制是该桥施工过程中的重要环节，且施工过程时间长，监控内容多，需实时监测施工过程监控数据，并给出受力、位移的限值及预警值，针对异常情况提出预警。因此，有必要开发拖拉换梁施工过程的施工监控系统，实时监测施工过程中，各个桥墩的转角和受力。发现受力状态或位移，当监测值接近预警值时，及时预警采取相应措施。该施工监控系统最终为南同蒲铁路黄河特大桥的拖拉换梁施工过程提供了决策依据。。 关键词： 桥梁 传感器 施工过程 施工监控
1 南同蒲铁路黄河特大桥工程概况
南同蒲铁路黄河特大桥。设计荷载等级为中-22，地震基本烈度Ⅸ度，防洪标准为100年一遇，设计水位340m。该桥孔跨布置24×48m。桥梁上部结构为钢桁梁；下部结构为墩台，最大桩基深度为35.6m。该桥所处河段为黄河小北干流游荡型河道最末端，三门峡水库库区，河槽宽800m，最大摆动范围比较稳定，冲刷深度为13m，滩地冲刷深度2.5m。 图1 南同蒲铁路黄河特大桥
2 拖拉换梁施工过程施工监控
南同蒲铁路黄河特大桥主梁更换采用拖拉换梁施工工艺，桥梁孔跨布置24x48m，桥梁上部结构为钢桁梁；下部结构为重力式墩台，最大基础深度为35.6m。拟将原有钢桁梁更换为新的钢箱梁，施工方案为钢桁梁与钢箱梁首尾相连，拖拉换梁，整个施工过程中，需要动态掌握桥墩受力及位移情况。
因此，有必要建立拖拉换梁监测监控系统，在整个施工过程中，在不同的工序下，通过先进的信息化技术，对桥墩状况进行实时自动化监测，利用收集到的特定数据进行分析计算，动态掌握桥梁受力情况及位移数值，并根据建模计算得出桥墩受力、位移的限值及预 警值，对桥梁整体状态和安全进行评估，确保整个拖拉换梁施工期间的桥墩安全。
3 监控主要内容与设计思路
3.1床身 监控主要内容
南同蒲铁路黄河特大桥拖拉换梁施工过程监测监控系统完成的主要任务是：通过对桥墩位移、应力和温度等一系列手段监测桥梁可能的状态改变，尽早发现潜在的安全隐患，并对桥梁结构的改变及安全隐患进行预警，为施工过程出现异常情况查明原因并给与建议。
本系统主要监测外界环境和结构响应（包括位移、应力等），对结构的安全状态进行监测和评估。总体来看，本桥监控系统应完成以下任务：
基于结构动力响应的反演监测：通过对桩基础实际嵌固深度检测，并结合结构自振特性测量，获得桥梁动力特性参数（固有振动频率、振型、阻尼比等）变化，验证结构刚度。
桥梁状态仿真分析：对桥梁基础按照实际边界条件和刚度进行模拟，验算施工过程中的安全性，并得出施工过程桥墩变形、弯矩等参数的理论值。
桥梁响应监测：对大桥施工过程桥墩变形、弯矩受力等进行监测，掌握大桥的实际受力状态和使用工作状况，对桥梁结构的改变及安全隐患进行预警，预报可能存在的隐患或性能退化；
环境荷载监测：对桥梁结构如温度同步进行监测，及时了解大桥工作的环境状况；
在系统投入使用初期，重点结合监测系统测得的信息，建立起精确可靠的预测模式，为桥墩换梁施工安全做出保障。
3.2 监控设计思路
南同蒲铁路黄河特大桥拖拉换梁施工过程监测监控系统应从其力学状态（位移等结构静力响应）改变及局部构件劣化(损伤)两个方面来进行。力学状态改变主要源于荷载和温度等长期作用引起的基础沉降、桥墩倾斜、结构蠕变以及结构损伤等因素，局部构件劣化(损伤)主要来源于老化、施工缺陷、超载等因素。南同蒲铁路黄河特大桥拖拉换梁施工过程监测监控系统其设计和构建是一个集各种先进传感技术、计算机技术、信息技术以及结构力学分析计算、结构状态预警于一体的综合系统工程。另外，经过多年的探索和实践，国内
外业界人士和专家学者们清楚地认识到在目前的技术水平下，仅仅依靠传感器系统来实现对桥梁结构的自动监测是不够的，必须依靠多种手段，通过多种途径建立桥梁结构运营状态监测的综合系统，才能有效地掌握桥梁结构的安全状态，从而保障施工过程的安全。
根据系统总体目标，监测监控系统依托自动化监测技术，其设计思路如下：
1）力学状态的改变通过自动化传感监测系统来获取基本信息；
2）将自动化传感测试与常规人工巡检相结合，由表及里、从局部到整体来掌控大桥的运营安全状态；
3）结合桥梁自身特点及桥梁所处的环境状态，荷载作用状态，为桥梁设置适当的阈值，并采用多角度、多手段的监测来保障监测数据的完整性、可靠性以及实用性，进而保证整个监测及预警评估系统的有效工作。
4）实现完善的软件功能，便捷的查询功能、统计及自动报表功能等；保证硬件系统的可扩展功能，稳定性。
营养块
5）对可能危及结构安全的主要影响因素，应根据各因素不同的特点分别进行监测及处理，并做到相互兼顾。转印板
SSL检测
图2 施工监控流程图
4 监控系统设计与实现
4.1 系统主要功能模块
结合桥梁本身结构特点，以及施工过程的实际需要，设计整个系统由下列四大子系统构成：
1）自动化传感测试子系统；
2）安全预警子系统；
3）数据存储与管理子系统；
4）用户界面子系统；
图3 系统总体构成图
1 自动化传感测试子系统
自动化传感测试子系统的主要目的是为结构状态识别及部分损伤识别采集所需的数据。设计自动化数据采集系统具备以下功能：
1）能够向安全预警系统提供数量和精度都满足要求的监测数据；
2）满足数据实时采集的需要；
3）满足长期稳定数据采集工作的要求；
4）满足便于标定、更换和维护的要求；
5）能够实现故障自诊断报警、定位，并能够将故障限制在局部范围；
取样方法6）能够对采集的监测数据进行校验及选择存储；
7）能够按照既定程序或在用户干预下进行数据采集。
通过传感器将各类监测参量转换为系统可识别的电(光)信号，并将监测信号转换为数字信
号、完成远程传输。
2 安全预警子系统油管吊卡
通过该子系统实现根据监测数据进行结构状态分析，并综合识别的结果以及人工巡查结果对桥梁结构的安全使用状况进行预警评估。具体为：能够对人工巡检、监测及识别的结果进行趋势对比、分析与预测；对桥墩位移、桥墩受力等监测参数建立明确的预警指标，能够对监测结果进行分级预警；综合各种监测数据、巡检信息、内力状态信息对结构进行综合评估。设计该子系统具备如下具体功能：
1）能够通过设置明确的阈值，对实时监测结构状态参数信号进行判断和分级预警，及时通知施工单位停止施工进行问题排查，并对报警情况进行记录；
