李家沱大橋健康監(jiān)測實(shí)施方案

1、重慶李家沱長江大橋 長期健康監(jiān)測實(shí)施方案 重慶橋都橋梁技術(shù)有限公司重慶橋都橋梁技術(shù)有限公司 重慶交通大學(xué)重慶交通大學(xué) 重慶竣翔橋梁維護(hù)有限公司重慶竣翔橋梁維護(hù)有限公司 2011 年年 6 月月 目目 錄錄 一、項(xiàng)目概況及意義.1 1.1 工程概況 .1 1.2 混凝土斜拉橋常見病害及原因.1 1.3 李家沱長江大橋的運(yùn)營現(xiàn)狀.2 1.4 本橋健康監(jiān)測意義及特殊要求.3 二、大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).5 2.1 設(shè)計(jì)原則.5 2.2 系統(tǒng)功能總框架.6 2.3 系統(tǒng)硬件總框架.6 三、健康監(jiān)測范圍.7 四、監(jiān)測項(xiàng)目及監(jiān)測方法.8 4.1 橋梁位移變形監(jiān)測.8 4.2 主梁、索塔控制截面應(yīng)力監(jiān)測.

2、16 4.3 溫度監(jiān)測.18 4.4 大橋結(jié)構(gòu)動力特性監(jiān)測.20 4.5 斜拉索索力監(jiān)測.22 4.6 裂縫監(jiān)測 .24 4.7 交通流量檢測系統(tǒng) .34 4.8 全橋傳感器測點(diǎn)布設(shè)情況匯總.43 4.9 全橋傳感器清單.44 五、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和控制子系統(tǒng).45 5.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng).45 5.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng).51 5.3 數(shù)據(jù)處理和控制子系統(tǒng).52 六、輔助支持系統(tǒng).55 6.1 外場機(jī)柜 .55 6.2 中心機(jī)房 .55 7.1 主梁豎向撓度監(jiān)測儀sen-hor 光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀的安裝 .56 7.2 主梁縱向位移監(jiān)測儀sen-d2 光纖光柵拉線式位移傳感器的安裝 .56

3、7.3 索塔位移監(jiān)測儀光纖光柵傾斜計(jì)的安裝 .57 7.4 主梁應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝 .57 7.5 索塔應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝 .57 7.6 主梁溫度監(jiān)測儀sen-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器的安裝 .58 7.7 索塔溫度監(jiān)測儀sen-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器的安裝 .58 7.8 大橋主梁結(jié)構(gòu)動力特性監(jiān)測儀sen-al 光纖光柵加速度計(jì)的安裝 .58 7.9 大橋塔柱結(jié)構(gòu)動力特性監(jiān)測儀sen-al 光纖光柵加速度計(jì)的安裝 .59 7.10 斜拉索索力監(jiān)測儀jmzr-2901 型數(shù)字化傳感器的安裝 .59 7.11、車

4、輛檢測系統(tǒng)及全天候遠(yuǎn)程數(shù)字化航道監(jiān)控系統(tǒng)安裝位置 .60 7.11、裂縫監(jiān)測機(jī)敏網(wǎng)粘貼及中間處理器的安裝 .60 八、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).63 8.1 數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng).63 8.2 結(jié)構(gòu)監(jiān)測信息管理系統(tǒng).64 8.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).65 九、數(shù)據(jù)分析及綜合評估預(yù)警系統(tǒng).66 9.1 安全評估預(yù)警總體方案 .66 9.2 系統(tǒng)靜態(tài)層次分析法安全狀態(tài)評估方案 .68 9.3 系統(tǒng)動態(tài)安全評估方案 .69 十、系統(tǒng)運(yùn)行管理.71 10.1 系統(tǒng)管理.71 10.2 人員培訓(xùn).71 十一、監(jiān)測系統(tǒng)后期服務(wù)項(xiàng)目內(nèi)容及費(fèi)用.73 11.1 維護(hù)服務(wù) .73 11.2 咨詢服務(wù) .73 11.3 現(xiàn)場服務(wù)

5、.73 11.4 售后服務(wù)費(fèi)用 .74 十二、計(jì)劃實(shí)施年限、經(jīng)費(fèi)概算與資金籌措.75 12.1 年度計(jì)劃.75 12.2 組織機(jī)構(gòu)及人員組成.75 12.3 經(jīng)費(fèi)概算.76 一、項(xiàng)目概況及意義一、項(xiàng)目概況及意義 1.11.1工程概況工程概況 重慶李家沱長江大橋位于重慶市西郊九龍坡地區(qū)，大橋南岸為李家沱工業(yè) 區(qū)，北岸為九龍坡區(qū)。主橋全長 1288m，跨徑組合為：過渡孔(53m)+主孔 (169m+444m+169m)+過渡孔(53m)+南引橋(8x50m)，橋面寬度為 4 車道（中間 設(shè)置分隔帶） ，寬 24m。 圖圖 1.1 重慶李家沱長江大橋全景重慶李家沱長江大橋全景 該橋結(jié)構(gòu)體系為雙塔雙索

6、面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，塔、墩固結(jié)。主梁為縱 向懸浮體系，塔梁交叉處設(shè)置橫向限位裝置，在過渡孔與北臺及南引橋結(jié)合處 設(shè)置大位移量伸縮縫。 主梁采用扁平的實(shí)心雙主梁斷面，主梁肋高 2.5m，寬 1.7m。橫梁間距為 4.5m，設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。主梁在中跨的中間部分及邊跨的部分區(qū)段設(shè)置有 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，采用 ovm 錨具及高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。主塔呈花瓶形，塔 全高 141.5m，塔身為矩形空心斷面。拉索采用扇形雙索面布置，梁上索距為 9m，在塔上采用不等距排列，索距 1.51.6m。每個索面中有 24 對斜拉索。錨 具采用 lm7 型冷鑄錨錨具。 主橋兩個主墩基礎(chǔ)根據(jù)地形及地質(zhì)條件并結(jié)合施工難易

7、程度作了不同的處 理。2#墩采用 2.63.2m 的變截面挖孔樁基礎(chǔ)， 3#墩采用沉井基礎(chǔ)。 該橋于 1991 年開始施工，1997 年建成通車。 1.21.2 混凝土斜拉橋常見病害及原因混凝土斜拉橋常見病害及原因 大量的文獻(xiàn)資料顯示,斜拉橋運(yùn)營期病害與事故主要集中在斜拉索的銹蝕與 斷絲、主梁和主塔的裂縫和變形等方面。 1.2.11.2.1拉索病害及原因拉索病害及原因 拉索是斜拉橋的重要組成部分,拉索病害通常主要分為三類:(1)拉索護(hù)套病 害(2)拉索鋼絲病害 (3)斜拉索錨具的銹蝕。不少已建斜拉橋出現(xiàn)了上述斜拉索 的病害。 斜拉索病害的主要原因可以分為累積損傷和自然損傷。拉索的長期積累損 傷

8、主要是疲勞和腐蝕。對于自然損傷,主要是指偶發(fā)性事故如洪水、交通事故、 船撞擊等不可預(yù)見的偶然事件導(dǎo)致的斜拉索損傷。 1.2.21.2.2主梁的裂縫病害及其主要原因主梁的裂縫病害及其主要原因 斜拉橋的主梁不僅承受彎矩,同時(shí)也承受斜拉索的水平分力,處于受組合力狀 態(tài),是斜拉橋上部結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu),主梁及橋面板在橋梁運(yùn)營階段出現(xiàn)最多的 病害就是主梁頂板、橫隔梁及腹板出現(xiàn)裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因很多,如荷載作用、 混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎(chǔ)的不均勻沉降以及鋼筋 的銹蝕等,而許多裂縫往往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結(jié)果。 1.2.31.2.3索塔病害及其主要原因索塔病害及其主要原因 斜拉

9、橋的索塔是承受荷載的主要構(gòu)件,索塔病害的主要表現(xiàn)為主塔偏位和混 凝土裂縫。 對于主塔偏位其主要原因有:斜拉橋的索塔是一種懸臂結(jié)構(gòu),每根索的索力都 會使索塔產(chǎn)生沿其水平方向的位移。許多水平作用經(jīng)過相互消減,疊加后在塔柱 上反映出綜合位移,其中以塔頂最為顯著; 索塔混凝土普通裂縫的原因基本與上述主梁發(fā)生裂縫的原因相同。 索塔的疲勞損傷,其主要原因是車輛荷載作用、風(fēng)力、溫差等因素會造成索 力的變化。這些反復(fù)的、有周期的作用將會使混凝土斜拉橋的索塔出現(xiàn)疲勞損 傷, 導(dǎo)致索塔錨固區(qū)的混凝土過早出現(xiàn)裂紋、承載能力下降、使用壽命減少。 1.31.3 李家沱長江大橋的運(yùn)營現(xiàn)狀李家沱長江大橋的運(yùn)營現(xiàn)狀 1997

10、 年建成通車后，隨著交通量的增長和運(yùn)營時(shí)間的增多，逐漸發(fā)現(xiàn)在中 跨主梁和主塔斜拉索錨固區(qū)出現(xiàn)了大量裂縫。業(yè)主委托西南交通大學(xué)對全橋的 裂縫進(jìn)行了普查及成因分析，得到以下結(jié)論： (1)主梁裂縫數(shù)量大，主要分布在主梁底面及其內(nèi)側(cè)面上，裂縫走向以沿橋 跨縱向?yàn)橹鳌?(2)少數(shù)主梁節(jié)段梁底面的側(cè)面上存在橫向和豎向裂縫。從裂縫形態(tài)上看， 此類裂縫屬于混凝土收縮裂縫。 (3)橫隔板及頂板裂縫主要集中在梗肋部位，并沿梗肋向頂板延伸。 (4)個別錨箱之間存在的裂縫，基本上呈水平走向。 (5)主梁和橋塔混凝土裂縫為非結(jié)構(gòu)性受力裂縫。 (6)既有裂縫不會影響橋梁目前的正常運(yùn)營。 (7)考慮到梁體混凝土裂縫的數(shù)量、

11、寬度、深度等均較大，部分裂縫已經(jīng)深 入到主筋以內(nèi)，將會嚴(yán)重影響到橋梁的耐久性。 根據(jù)裂縫成因綜合結(jié)論，當(dāng)時(shí)對橋塔和主梁的裂縫進(jìn)行整治，同時(shí)也對塔 柱上封錨砼進(jìn)行整治，以達(dá)到封閉裂縫、防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展的目的。 2008 年底進(jìn)行的橋梁外觀檢查，反映出該橋目前主要缺陷有： 1）主塔塔柱砼外觀共發(fā)現(xiàn)裂縫 20 條；多處由于鋼筋銹蝕膨脹引起的砼脫 落；個別預(yù)埋鋼板外露并有不同程度的銹蝕；約 80%的拉桿位置鋼管頭外露銹 蝕；塔柱外觀涂裝多處大面積開裂、起殼、脫落。 2）主橋車行道部分出現(xiàn)原修補(bǔ)處的瀝青砼鋪裝層周邊冒漿，瀝青砼路面出 現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫及橫、縱、斜向裂縫并同時(shí)有洞穴、坑函等現(xiàn)象，在主橋車行道

12、2 號墩邊跨，3 號墩下游中跨處出現(xiàn)了穿透型裂縫和瀝青砼脫落的現(xiàn)象。 3）主橋主梁底板部分出現(xiàn)了滲水和露筋，橫系梁出現(xiàn)了斜裂縫，主引橋鋼 護(hù)欄和立柱出現(xiàn)點(diǎn)狀銹蝕，在交接處銹蝕嚴(yán)重，主梁底部已銹穿。伸縮縫錨固 混凝土開裂，出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。 4）拉索邊中跨總索力差值最大變化至成橋索力值的 4.15（2墩 2008 年 6 月中跨下游） ，設(shè)計(jì)值的 8.06（3墩 2008 年 6 月中跨下游） 。 1.41.4 本橋健康監(jiān)測意義及特殊要求本橋健康監(jiān)測意義及特殊要求 李家沱長江大橋?yàn)榇罂鐝诫p索面混凝土斜拉橋，投入運(yùn)營時(shí)間較長，在多 種因素作用下出現(xiàn)了部分病害。為確保橋梁安全運(yùn)營、延長橋梁使用壽命，同

13、時(shí)通過早期橋梁病害的發(fā)現(xiàn)能大大節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用，所以建設(shè)李家沱長江 大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的。 作為在既有橋梁上建立的健康監(jiān)測系統(tǒng)，為制定適合本橋的健康監(jiān)測方案， 采取以下具體措施： 1、結(jié)構(gòu)靜、動力分析計(jì)算：本橋自建成已運(yùn)營多年，相比于橋梁的設(shè)計(jì)狀 態(tài)而言，結(jié)構(gòu)剛度、橋梁線形、拉索索力等方面均有所改變，因此，在對橋梁 進(jìn)行理論計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)充分考慮到結(jié)構(gòu)退化對計(jì)算模型、計(jì)算方法和計(jì)算結(jié) 果的影響，并據(jù)此提出合理的傳感器布設(shè)方式； 2、結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測：由于全部的傳感器均為后安裝方式，監(jiān)測的數(shù)值多為相 對量的概念，雖然不影響對結(jié)構(gòu)健康長期趨勢的把握，但無法獲得可以和設(shè)計(jì) 值直接比較的絕對值，

14、一定程度上影響了結(jié)構(gòu)健康評估，為此，需建立結(jié)構(gòu)健 康監(jiān)測數(shù)據(jù)與施工監(jiān)測數(shù)據(jù)、成橋試驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系，使結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)能在 一定程度上轉(zhuǎn)換成絕對值； 3、主梁橫隔板應(yīng)力監(jiān)測：本橋中跨主墩附近的主梁橫隔板出現(xiàn)了豎向及斜 向裂縫，為確定造成裂縫的原因，研究混凝土徐變和剪力滯對橫隔板受力的影 響，觀察裂縫的發(fā)展趨勢，指導(dǎo)橋梁管理養(yǎng)護(hù)工作，可在出現(xiàn)病害的橫隔板處 布置應(yīng)變傳感器，建立橫隔板的長期監(jiān)測機(jī)制； 4、索力監(jiān)測：根據(jù)索力長期健康監(jiān)測的需要，需要對關(guān)鍵索布設(shè)索力傳感 器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，但在大橋長期運(yùn)營過程中，可能存在其它拉索也出現(xiàn)索力變 化較大的病害，因此，監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)索力測點(diǎn)位置改變或索力測點(diǎn)

15、數(shù)量 增加的功能； 5、索力計(jì)算：由于李家沱長江大橋斜拉索使用阻尼器，會影響使用振動法 測得的絕對索力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為此，有必要專項(xiàng)分析成橋后的索力計(jì)算公式， 并需收集施工階段、成橋試驗(yàn)、定期檢測的索力數(shù)據(jù)，與以健康監(jiān)測所測得的 索力數(shù)據(jù)做比對分析； 二、大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)二、大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.12.1 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個集結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)等高新技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)工程。為使李家沱 長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)成為一個功能強(qiáng)大并能真正長期用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評 估，滿足橋梁養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營的需要，同時(shí)又具經(jīng)濟(jì)效益的

16、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系 統(tǒng)，遵循如下設(shè)計(jì)原則： 1）遵循總體設(shè)計(jì)，分步實(shí)施的指導(dǎo)思想； 2）遵循簡潔、實(shí)用、性能可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則； 3）系統(tǒng)設(shè)置首先需滿足李家沱長江大橋養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營的需要，立足實(shí)用 性原則第一，兼顧考慮科學(xué)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證等方面因素。 4）根據(jù)結(jié)構(gòu)易損性分析的結(jié)果及養(yǎng)護(hù)管理的需求進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。 5）易損性分析原則考慮以下方面： 不同類型的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、構(gòu)件的工作特征； 設(shè)計(jì)時(shí)不同類型結(jié)構(gòu)的控制斷面、控制點(diǎn)； 結(jié)構(gòu)不同類型材料的材料特性、使用特性； 結(jié)構(gòu)受外部環(huán)境及荷載影響后最易損傷部位； 基于既有同類型結(jié)構(gòu)已發(fā)生的損傷部位； 目前階段尚未有足夠資料驗(yàn)證的關(guān)鍵部位。 6）監(jiān)測與結(jié)

17、構(gòu)安全性密切相關(guān)內(nèi)容，主要監(jiān)測一些有代表性的結(jié)構(gòu)、必須 進(jìn)行監(jiān)測的重要結(jié)構(gòu)以及日常養(yǎng)護(hù)無法檢查或檢查非常困難的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。 7）從動力、靜力、耐久性對結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，力求用最少的傳感器和最少的 數(shù)據(jù)量完成工作； 8）以結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測為主，以力、應(yīng)力、模態(tài)分析為輔助。 9）系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性。 2.22.2 系統(tǒng)功能總框架系統(tǒng)功能總框架 傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 信號微調(diào) 信號放大 信號過濾 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采樣 數(shù)據(jù)存檔（編檔） 數(shù)據(jù)預(yù)處理 采樣控制 數(shù)據(jù)通訊 數(shù)據(jù)傳輸 控制信號接受 數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通訊 數(shù)據(jù)接收控制 信號發(fā)送 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)而次處理 數(shù)據(jù)存儲 數(shù)

18、據(jù)融合處理 數(shù)據(jù)顯示 原始數(shù)據(jù) 處理后數(shù)據(jù) 橋梁變形狀況 系統(tǒng)工作狀態(tài) 各類資料及參數(shù) 在線評估 分級預(yù)警 工作狀態(tài)評估 日常報(bào)表 離線評估 各分項(xiàng)監(jiān)測內(nèi)容 安全、耐久、使用性 綜合評估 底 層 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò) 風(fēng) 溫度 應(yīng)變 加速度 撓度 索力 傾斜儀 梁段位移 裂縫 上 層 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)健健康康監(jiān)監(jiān)測測系系統(tǒng)統(tǒng)總總體體框框架架 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)健健康康狀狀況況評評估估 局局域域網(wǎng)網(wǎng) 圖圖2.2 系統(tǒng)功能總框架圖系統(tǒng)功能總框架圖 2.32.3 系統(tǒng)硬件總框架系統(tǒng)硬件總框架 外場 機(jī)柜 配電 防雷 遠(yuǎn)程電 源監(jiān)控 u p s 綜合 布線 輔助支 持系統(tǒng) 李李家家沱沱長長江江大大橋橋 檢測區(qū)

19、段橋梁結(jié)構(gòu) 傳感器 子系統(tǒng) 集線器 各類傳感器 傳感器調(diào)理采 集設(shè)備 調(diào)理采 集設(shè)備 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 專用傳感器調(diào) 理采集設(shè)備 采集計(jì)算機(jī)（windows 操作系統(tǒng)） 結(jié)點(diǎn)交換機(jī) 箱梁內(nèi)工作站機(jī)柜 檢測區(qū)段橋梁結(jié)構(gòu) 集線器 各類傳感器 傳感器調(diào)理采 集設(shè)備 調(diào)理采 集設(shè)備 專用傳感器調(diào) 理采集設(shè)備 采集計(jì)算機(jī)（windows 操作系統(tǒng)） 結(jié)點(diǎn)交換機(jī) 箱梁內(nèi)工作站機(jī)柜 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng) 綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)絡(luò) 交換機(jī)及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 監(jiān)控終端 監(jiān)控終端 數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)處理，數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器（windows 操作系統(tǒng)） 應(yīng)用服 務(wù)器 綜合監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 監(jiān)控中心局域網(wǎng) 監(jiān)控終端 監(jiān)控終端 intern

20、et 數(shù)據(jù)處 理與控 制子系 統(tǒng) 圖圖 2.3 系統(tǒng)硬件總框架圖系統(tǒng)硬件總框架圖 三、健康監(jiān)測范圍三、健康監(jiān)測范圍 監(jiān)測范圍的選取應(yīng)遵循傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測的功能，監(jiān)測內(nèi)容能覆蓋結(jié)構(gòu)評估 的要求。根據(jù)以上原則，考慮到本橋建設(shè)過程中的特點(diǎn)并結(jié)合大橋近期實(shí)際運(yùn) 營狀況，本橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測范圍如下： 表表 3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)容實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)容 序號實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測目的 1 索力 斜拉索索 力及振幅 掌握主要索的索力及加速度振幅情況 2 變形實(shí)時(shí)位移掌握主梁撓度變形及主塔偏位實(shí)時(shí)情況 3 結(jié)構(gòu) 溫度 掌握大橋梁部、塔部主要結(jié)構(gòu)斷面的結(jié)構(gòu)溫度情況 4 環(huán)境大氣溫度掌握大橋塔內(nèi)外的大氣溫度 5動力振動 掌握大橋

21、梁部、塔部結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)振動響應(yīng)，用以計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài)參 數(shù) 6 應(yīng)變 掌握大橋動靜荷載作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變情況，用以設(shè)置響 應(yīng)預(yù)警閥值 7 梁端 位移 掌握大橋伸縮縫位置梁端實(shí)時(shí)位移 8 裂縫 裂縫發(fā)展掌握大橋塔柱、主梁裂縫發(fā)生發(fā)展情況 9 交通 流量 掌握通過大橋的車輛情況和超重車情況 10 航道 掌握橋位區(qū)域航道船只運(yùn)行情況 四、四、監(jiān)測項(xiàng)目及監(jiān)測方法監(jiān)測項(xiàng)目及監(jiān)測方法 4.14.1 橋梁位移變形監(jiān)測橋梁位移變形監(jiān)測 橋梁位移變形監(jiān)測是利用測量手段，對橋梁各控制斷面的位移變形進(jìn)行監(jiān) 測，并繪編相應(yīng)的位移變形影響線和影響面以檢測各控制部位位移變形狀態(tài)， 從而為總體評估大橋的承載能力、營運(yùn)狀態(tài)和耐久

22、能力提供依據(jù)。 4.1.14.1.1 主梁位移變形監(jiān)測主梁位移變形監(jiān)測 根據(jù)大橋的受力控制斷面，主梁的變形測量主要選擇了以下幾個項(xiàng)目。 4.1.1.14.1.1.1主梁豎向撓度監(jiān)測主梁豎向撓度監(jiān)測 1)主梁豎向撓度變形觀測：采用了基于連通管液位測量原理的靜力水準(zhǔn)儀， 沿重慶李家沱長江大橋的主梁兩側(cè)安裝連通管，并在關(guān)鍵位置（主跨取 7 個測 量截面，分別為 1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8 截面,邊跨各取 3 截面，分 別為 1/4、2/4、3/4 截面，共計(jì) 13 截面）引出支管，安裝 28 個精密液位計(jì)（兩 個不動點(diǎn)各 1 個，安裝在主塔側(cè)壁內(nèi)與主梁同一高程處） 。液位

23、計(jì)布置情況見圖 4.14.3 所示。 圖圖 4.1 主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)縱向布置圖主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)縱向布置圖 圖圖 4.2 主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)橫斷面布置圖主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)橫斷面布置圖 圖圖 4.3 主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)基點(diǎn)布置圖主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)基點(diǎn)布置圖 圖圖4.44.4 主梁測試斷面、主梁測試斷面、連通液位沉降連通液位沉降計(jì)及采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)及采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 靜力水準(zhǔn)儀是一種智能型位移傳感器，由精密液位計(jì)（圖 4.4） 、液位罐和 連通管組成。適用于建筑物多點(diǎn)沉降精密測量，適應(yīng)長期監(jiān)測和自動化測量。 液位計(jì)基點(diǎn)（主 塔側(cè)壁內(nèi)） 安裝時(shí)將精密液位計(jì)設(shè)置在被測點(diǎn)，液位罐設(shè)置在不動點(diǎn)（水

24、平基點(diǎn)） ，并用連 通管連接。其原理是通過液位的變化測量被測點(diǎn)相對水平基點(diǎn)的沉降變形。溫 度變化蒸發(fā)的因素引起的液位變化對基準(zhǔn)和各個測點(diǎn)有相同的影響，可以通過 相減抵消，而撓度引起的液位變化對基準(zhǔn)點(diǎn)和測點(diǎn)的影響不同，相減后則保留 下來，而這一系統(tǒng)測量不受溫度和液體蒸發(fā)的影響。數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理采 用 sen-hor 光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀（圖 4.5） ，該系統(tǒng)具有測試精度高，可遠(yuǎn)程 監(jiān)測，組網(wǎng)能力強(qiáng)，自帶溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，可與其他類型的光纖光柵傳感器組 成全光監(jiān)測網(wǎng)。 圖圖4.54.5 sen-horsen-hor光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀 其儀器主要技術(shù)參數(shù)見下表： 表表 4.1 靜

25、力水準(zhǔn)儀參數(shù)表靜力水準(zhǔn)儀參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程0-100 mm （注） 測量精度 1 f.s. 分 辨 率0.01mm（在與 sen-01 解調(diào)儀配套情況下） 波長范圍 1525nm1565nm 尺 寸 90200mm 連接方式fc/pc 或熔接 外 封 裝不銹鋼外殼鎧裝引線 安裝方式打孔或焊接安裝 溫度補(bǔ)償形式自補(bǔ)償 使用溫度 -3085 （注）：為確保待測撓度不超出儀器測量量程，安裝時(shí)在主跨 4/8 截面處選擇更大量程的 靜力水準(zhǔn)儀。 2)儀器安裝 （1）檢查各測點(diǎn)頂面水平及高程是否符合設(shè)計(jì)要求。 （2）檢查測點(diǎn)預(yù)埋件及安裝儀器螺桿是否符合設(shè)計(jì)要求 （3）預(yù)先用水和蒸餾水沖洗儀器主體

26、容器及塑料連通管 （4）將儀器主體安裝在測墩鋼板上， 將水準(zhǔn)器在主體頂蓋表面垂直交替 放置，調(diào)節(jié)螺桿螺絲使儀器表面水平及高程滿足要求。 （5）將儀器及連通管系統(tǒng)連接好，從儀器末端徐徐注入 s g 溶液，排除管 中所有氣泡。連通管需有槽架保護(hù)。 靜力水準(zhǔn)管路安裝完畢后，用專用的 芯屏蔽電纜與光纖焊熔，并進(jìn)行絕緣 處理，注意光纖和尾纖的保護(hù)。 4.1.1.24.1.1.2主梁縱向位移監(jiān)測主梁縱向位移監(jiān)測 主梁縱向位移監(jiān)測也是對大橋伸縮縫伸縮量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，是大橋健康監(jiān)測 的一項(xiàng)重要內(nèi)容。影響伸縮縫伸縮量的基本因素較多，首先溫度變化是影響伸 縮量的主要因素，由于溫度使橋梁內(nèi)部溫度分布不均勻會引起大跨徑

27、橋梁端部 產(chǎn)生角變位。其次，活載、恒載等會使橋梁端部發(fā)生角變位，從而使伸縮裝置 產(chǎn)生垂直、水平及角變位。本項(xiàng)目通過測量主橋主梁梁端與相鄰引橋梁端上固 定點(diǎn)之間的距離變化來測定主梁縱向位移變化規(guī)律，梁端各設(shè) 2 個測點(diǎn)，共計(jì) 4 個測點(diǎn)，采用 sen-d2 光柵光纖拉線式位移傳感器（圖 4.6） ， 圖圖4.64.6 sen-d2sen-d2光纖光柵拉線式位移傳感器光纖光柵拉線式位移傳感器 其主要技術(shù)參數(shù)為： 表表 4.2 拉線式位移傳感器參數(shù)表拉線式位移傳感器參數(shù)表 項(xiàng)目參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程0 - 1 m 測量精度5 f.s. 分 辨 率1 mm（在與 sen-01 解調(diào)儀配套情況下） 波長范圍15

28、25nm1565nm 尺 寸221.510330 mm 連接方式fc/pc 或 熔接 溫度補(bǔ)償形式自補(bǔ)償 使用溫度-3085 本橋主梁縱向位移測點(diǎn)及橫斷面布置如圖 4.74.8 所示： 圖圖 4.74.7 主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器縱向布置圖主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器縱向布置圖 圖圖 4.84.8 主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器橫斷面布置圖主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器橫斷面布置圖 4.1.24.1.2 索塔位移監(jiān)測索塔位移監(jiān)測 索塔作為索支承橋梁的主要承重構(gòu)件，其剛度遠(yuǎn)大于柔性的斜拉索和橋面 主梁。涉及索塔結(jié)構(gòu)安全的主要問題有：塔身在強(qiáng)風(fēng)、地震等荷載作用下的穩(wěn) 定性；在縱向不平衡荷載作用下可能導(dǎo)致橫

29、梁與塔身連接部的開裂；塔身混凝 土的徐變收縮導(dǎo)致斜拉索下垂和相應(yīng)的索力變化。 4.1.2.14.1.2.1儀器選型儀器選型 主塔側(cè)移監(jiān)測：采用傾斜計(jì)進(jìn)行測量。李家沱大橋跨度大，監(jiān)控室離大橋 較遠(yuǎn)，傳統(tǒng)傳感器的信號無法傳輸，采用光纖傳感器可以組成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)， 用解調(diào)儀對傳感器進(jìn)行同步實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析。不同種類的光纖光柵傳感器（如 應(yīng)變、溫度、位移、加速度等）可連接到同一臺解調(diào)儀上進(jìn)行實(shí)時(shí)的綜合監(jiān)測 與分析。因此采用 sen-tilt 光纖光柵傾斜計(jì)（圖 4.9）對本橋主塔整體傾斜進(jìn) 行實(shí)時(shí)監(jiān)測。傳感器底座通過焊接或打孔安裝，此系統(tǒng)具有自動溫度補(bǔ)償功能。 光纖光柵傾斜計(jì)具有精度高、靈敏度高，自動

30、溫度補(bǔ)償，實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)， 并與其他類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)。 圖圖 4.94.9 傾斜計(jì)傾斜計(jì) 表表 4.3 光纖光柵傾斜計(jì)技術(shù)參數(shù)表光纖光柵傾斜計(jì)技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程5 測量精度0.05 分 辨 率0.005（在與 sen-01 解調(diào)儀配套情況下） 波長范圍 1525nm1565nm 尺 寸1133250 mm 連接方式fc/pc 或 熔接 溫度補(bǔ)償形式自補(bǔ)償 使用溫度-3085 4.1.2.24.1.2.2測點(diǎn)布置測點(diǎn)布置 重慶李家沱長江大橋上共需安裝 8 套 sen-tilt 光纖光柵傾斜計(jì)，4 個塔 柱頂各安裝 2 套，分別對主塔橫橋向和縱橋向進(jìn)行側(cè)移監(jiān)測。

31、布置情況見圖 4.10。 圖圖4.10 主塔側(cè)移監(jiān)測傾斜計(jì)傳感器布置圖主塔側(cè)移監(jiān)測傾斜計(jì)傳感器布置圖 4.1.2.34.1.2.3安裝方法安裝方法 1）確定安裝表面的安裝位置和方向，根據(jù)傳感器的尺寸大小在安裝表面用 鉛筆確定傳感器底座的安裝點(diǎn)； 2）用沖擊鉆在安裝表面垂直打出這兩個安裝點(diǎn)，孔位的直徑應(yīng)略大于傳感 器底座支桿的直徑，施工時(shí)應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置，嚴(yán)禁切斷此類鋼筋，且 打孔后應(yīng)以不低于原結(jié)構(gòu)混凝土標(biāo)號的砂漿進(jìn)行封堵，所有傳感器的定位應(yīng)有 明顯的永久性標(biāo)記，以便后期更換時(shí)可找到以前的位置； 3）將兩個傳感器底座放入安裝孔，確定底座與安裝面為垂直關(guān)系后，將校 直棒裝上底座并擰緊螺絲，注

32、意擰螺絲的時(shí)候兩邊對稱，確保底座對校直棒只 產(chǎn)生平行于安裝面的力，否則用沖擊鉆重新打安裝孔； 4）用砂紙打磨安裝表面，保證表面的光滑平整； 塔 頂 5）用酒精（丙酮）棉清潔安裝面打磨表面的粉塵，更換酒精（丙酮）棉單 方向擦拭安裝面和安裝底座表面去污； 6）在安裝面和安裝底座表面涂上適量的環(huán)氧膠，在安裝孔內(nèi)可適量多涂膠； 7）將兩個安裝底座放入安裝孔，并用力擠壓，使底座下表面完全接觸安裝 表面，然后裝上校直棒，擰緊螺絲，注意擰螺絲的時(shí)候兩邊對稱，等待環(huán)氧膠 完全固化，允許的話可在上面加上重物使底座下表面更好地接觸安裝表面，但 是必須保證底座只受垂直與安裝表面的壓力； 8）膠完全固化后將校直棒取出

33、，小心將傳感器放上底座，先擰緊一個底座 的螺絲， 然后再逐漸擰緊另一個底座的螺絲（兩個螺絲一邊擰一下，注意保持 受力對稱） ，之后觀察解調(diào)儀上傳感器的波長變化，當(dāng)加給傳感器少許拉力或壓 力，撤消時(shí)，傳感器波長應(yīng)能夠及時(shí)回到中心波長，否則應(yīng)擰松螺絲重新安裝； 9）觀察解調(diào)儀上傳感器的中心波長值，并和傳感器測試單上的原點(diǎn)值作對 照，如果二者不相符，調(diào)節(jié)傳感器上的螺母使傳感器的中心波長對應(yīng)上測試單 上的原點(diǎn)值（傳感器外側(cè)螺母向內(nèi)旋增大波長值，內(nèi)側(cè)螺母向外旋減小波長值， 并注意內(nèi)側(cè)螺母不得向內(nèi)旋導(dǎo)致頂住中間的保護(hù)管螺母調(diào)節(jié)波長是通過螺 母的移動產(chǎn)生對螺母間的鋼管產(chǎn)生的擠壓力來達(dá)到拉長或者壓縮光柵從而達(dá)

34、到 調(diào)節(jié)波長的目的，所以外側(cè)螺母過度向外旋以及內(nèi)側(cè)螺母過度向內(nèi)旋都沒有實(shí) 際意義） ； 10）傳感器的保護(hù)； 11）光纖和尾纖的保護(hù)。 其他光纖光柵傳感器，如應(yīng)變、溫度、位移、加速度等在混凝土表面的安裝 方式均與光纖光柵傾斜計(jì)相同，可按相同方法安裝。 4.24.2 主梁、索塔控制截面應(yīng)力監(jiān)測主梁、索塔控制截面應(yīng)力監(jiān)測 4.2.14.2.1 主梁應(yīng)力監(jiān)測主梁應(yīng)力監(jiān)測 監(jiān)測主梁應(yīng)力的目的在于通過對主梁結(jié)構(gòu)的控制部位和重點(diǎn)部位內(nèi)力的監(jiān) 測，研究主梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布、局部結(jié)構(gòu)及連結(jié)處在各種載荷下的響應(yīng)，為結(jié) 構(gòu)損傷識別、疲勞損傷壽命評估和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估提供依據(jù)。 本橋應(yīng)力監(jiān)測截面包括兩邊跨和主跨的跨中截面

35、、主跨 1/4 截面和墩頂附 近的主梁截面共 7 個截面，實(shí)際安裝時(shí)，可在該 7 個截面附近，結(jié)合以往應(yīng)變 檢測測點(diǎn)布置情況以及現(xiàn)場實(shí)際情況等因素適當(dāng)位調(diào)整位置。每個截面上布置 6 個正應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)（5 個縱向布置，斷面中心 1 個橫向布置） 。同時(shí)，在主墩附 近的橫隔板梗肋處增設(shè)縱向應(yīng)變傳感器 8 個，主跨跨中附近的橫隔板跨中上下 緣分別增設(shè)橫向應(yīng)變傳感器 2 個，全橋共計(jì) 52 個應(yīng)力應(yīng)變傳感器，測點(diǎn)布置情 況如圖 4.114.12 所示。 圖圖 4.11 主梁應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器縱向布置圖主梁應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器縱向布置圖 圖圖 4.12 主梁截面應(yīng)力測點(diǎn)布置圖主梁截面應(yīng)力測點(diǎn)布置圖 4.2.

36、24.2.2 索塔應(yīng)力監(jiān)測索塔應(yīng)力監(jiān)測 斜拉橋的索塔是承受荷載的主要構(gòu)件,確保索塔結(jié)構(gòu)的正常,是橋梁安全使用 的關(guān)鍵。車輛荷載作用、風(fēng)力、溫差等因素會造成索力的變化，同時(shí)不停變化 的索力對索錨固區(qū)的混凝土產(chǎn)生一種疲勞作用,導(dǎo)致索塔錨固區(qū)的混凝土過早出 現(xiàn)裂紋,為避免裂紋出現(xiàn)，掌握主塔受力情況，應(yīng)對主塔關(guān)鍵截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。 結(jié)合李家沱長江大橋?qū)嶋H情況，在主塔關(guān)鍵應(yīng)力截面即主梁附近的塔體截面 （距下橫梁軸心 6 米處） ，每截面布置 4 個 sen-s1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳 感器小計(jì) 16 個，塔身拉索錨固區(qū)頂部截面布置 sen-s1 表面安裝式光纖光柵應(yīng) 變傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，每截面布置

37、 2 個應(yīng)變傳感器小計(jì) 8 個，主梁附近塔體 截面豎向布置測量主塔應(yīng)力，拉索錨固區(qū)頂部截面縱向布置，全橋塔柱傳感器 共計(jì) 24 個。其測點(diǎn)布置情況如圖 4.13 所示。 圖圖4.13主塔應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器布置圖主塔應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器布置圖 4.2.34.2.3 系統(tǒng)主要配置系統(tǒng)主要配置 應(yīng)變傳感器sen-s1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器（圖 4.14） 。 sen-s1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器主要用于測試主梁及主塔的應(yīng)變， 可以進(jìn)行長期監(jiān)測。安裝方法與光纖光柵傾斜計(jì)相同，可先將底座固定在混凝 土表面，然后通過螺母將傳感器方便地固定在底座上，也可以采用焊接的方式 實(shí)現(xiàn)對主梁表面的非膠封裝

38、工藝，與同類產(chǎn)品相比，具有精度高，靈敏度高， 壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可與其他類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)。 圖圖 4.144.14 sen-s1sen-s1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器 表表 4.44.4 光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)參數(shù)表光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程 1500 測量精度 1 f.s. 分 辨 率0.1 （在與 sen-01 解調(diào)儀配套情況下） 波長范圍 1525nm1565nm 尺 寸 12188 mm 連接方式fc/pc 或熔接 安裝方式打孔安裝或焊接 使用溫度 -30120 4.34.3 溫度監(jiān)測溫度監(jiān)測 通過對橋梁溫度場分布狀

39、況的監(jiān)測, 可為橋梁設(shè)計(jì)中溫度影響的計(jì)算分析 提供原始依據(jù)，對不同溫度狀態(tài)下橋梁的工作狀態(tài)變化,如橋梁變形、應(yīng)力變化 等進(jìn)行比較和定量分析。本健康監(jiān)測系統(tǒng)中采用光纖光柵溫度傳感器, 構(gòu)成單 線多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布狀況的監(jiān)測。各溫度傳感器以并聯(lián) 方式與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接, 通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)對溫度的自動 遠(yuǎn)程監(jiān)測。 4.3.14.3.1 主梁溫度監(jiān)測主梁溫度監(jiān)測 主梁截面溫度分布測量的目的是為了梁體的溫度場情況，并對溫度應(yīng)變傳 感器得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度修正，由于同一高度處大氣溫度變化不大，故選 擇邊、中跨跨中三個斷面布置，考慮主梁頂板測點(diǎn)溫度基本相同，故只在腹板

40、底側(cè)上、下游布置溫度測點(diǎn)，每個截面布置 2 個，全橋主梁共布置 6 個溫度測 點(diǎn)。測量元件采用 sen-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器。其測點(diǎn)布置情況如圖 4.154.16。 圖圖 4.15 主梁溫度傳感器縱向布置圖主梁溫度傳感器縱向布置圖 圖圖 4.16 主梁截面溫度測點(diǎn)布置圖主梁截面溫度測點(diǎn)布置圖 4.3.24.3.2 索塔溫度監(jiān)測索塔溫度監(jiān)測 索塔溫度分布測量主要是指測量索塔在日照條件下，各塔壁的溫度差異， 以便對索塔由塔壁溫度差引起的索塔偏移有一個正確的估計(jì)，并了解塔體的溫 度場情況，對應(yīng)變傳感器得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度修正，選擇截面與主塔的應(yīng) 變傳感器布置截面相同。測量元件采用 sen

41、-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器， 每截面布置 1 個測點(diǎn)，共 8 個溫度傳感器，測點(diǎn)布置情況如圖 4.17。 圖圖 4.17 主塔截面溫度測點(diǎn)布置圖主塔截面溫度測點(diǎn)布置圖 4.3.34.3.3 系統(tǒng)主要配置系統(tǒng)主要配置 1溫度傳感器sen-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器（如圖 4.18 所示）： sen-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器具有測溫精度高、響應(yīng)快、防護(hù)能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)，可與其他類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)，安裝方式與光纖光 柵傾斜計(jì)相同。 圖圖 4.184.18 sen-t1sen-t1 表面式光纖光柵溫度傳感器表面式光纖光柵溫度傳感器 表表 4.54.5 光纖光柵溫度傳感器技

42、術(shù)參數(shù)表光纖光柵溫度傳感器技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程-30 180 測量精度 0.5 分 辨 率0.01 （在與 sen-01 解調(diào)儀配套情況下） 波長范圍 1525nm1565 nm 尺 寸 888 mm 連接方式fc/pc 或熔接 安裝方式表面安裝或直埋 使用溫度 -30180 4.44.4 大橋結(jié)構(gòu)動力特性監(jiān)測大橋結(jié)構(gòu)動力特性監(jiān)測 橋梁動態(tài)性能的改變反映了橋梁剛度性能的改變，因而獲取橋梁的動力特 性即獲取了結(jié)構(gòu)的“指紋” 。通過對主梁和索塔振動的監(jiān)測，不僅可以識別大橋 結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性參數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)對主梁結(jié)構(gòu)承受波動載荷歷程的記錄。振動 特性的監(jiān)測可采用加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)，但在選擇

43、傳感器時(shí)要充分考慮傳感器 的技術(shù)性能（頻率范圍、靈敏度、采樣特性等） 。 經(jīng)過比較，現(xiàn)選用 sen-al 光纖光柵加速度計(jì)（如圖 4.19 所示） 。該類型 加速度計(jì)具有精度高、靈敏度高、抗干擾、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可與其他類型的光 纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)，安裝方式與光纖光柵傾斜計(jì)相同，主要用于大 橋、大壩、大型結(jié)構(gòu)等低頻振動監(jiān)測。 圖圖 4.194.19 sen-alsen-al 光纖光柵加速度計(jì)光纖光柵加速度計(jì) sen-al 光纖光柵加速度計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)： 表表 4.64.6 光纖光柵加速度計(jì)技術(shù)參數(shù)表光纖光柵加速度計(jì)技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程 1 g 測量精度 1 f.s. 分 辨

44、率0.1 f.s.（在與 sen-01 解調(diào)儀配套情況下） 波長范圍 1525nm1565nm 尺 寸 6556113 mm 連接形式fc/pc 或 熔接 溫度補(bǔ)償形式自補(bǔ)償 使用溫度-3085 本橋在主梁跨中、1/4 跨中、邊跨跨中以及塔柱附近的主梁截面進(jìn)行監(jiān)測， 共布置了 4 個監(jiān)測截面，其中塔柱附近的主梁截面縱向布置，中跨跨中縱、橫、 豎向布置，其余截面橫、豎向布置加速度傳感器。豎向加速度傳感器布置在截 面上下游主梁上，橫向和縱向布置在主梁截面頂板跨中，主梁共計(jì) 11 個加速度 測點(diǎn)；2 個塔柱頂端各布置 2 個測點(diǎn)，其中縱、橫向各 1 個，主塔共計(jì) 4 個加 速度測點(diǎn)。全橋共布置加速度

45、傳感器 15 個。其測點(diǎn)布置如圖 4.204.22 所示。 圖圖 4.20 主塔、主梁加速度計(jì)布置斷面及測點(diǎn)圖主塔、主梁加速度計(jì)布置斷面及測點(diǎn)圖 圖圖 4.21 主梁縱、橫、豎向加速度計(jì)安裝位置圖主梁縱、橫、豎向加速度計(jì)安裝位置圖 圖圖 4.224.22 主塔縱橫向加速度安裝位置圖主塔縱橫向加速度安裝位置圖 4.54.5 斜拉索索力監(jiān)測斜拉索索力監(jiān)測 4.5.14.5.1儀器選型儀器選型 拉索是斜拉橋的重要組成部分，根據(jù)索力長期健康監(jiān)測的需要，需要對關(guān) 鍵索布設(shè)索力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便實(shí)時(shí)掌握拉索索力和大橋運(yùn)營狀況。 本項(xiàng)目采用振動頻率法間接測量斜拉索索力，經(jīng)過比較，選用長沙金碼 jmzr

46、- 2901 型數(shù)字化傳感器（圖 4.23） ，并帶有斜拉索溫度測量功能。 圖圖 4.234.23 jmzr-2901jmzr-2901 型數(shù)字化傳感器型數(shù)字化傳感器 表表 4.74.7 jmzr-2901jmzr-2901 型數(shù)字化傳感器技術(shù)參數(shù)表型數(shù)字化傳感器技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目名稱技術(shù)參數(shù) 頻率測量范圍0.365hz 頻率測量精度0.5%0.01hz 溫度測量范圍-55125 溫度測量精度0.2 通訊接口485 數(shù)據(jù)傳輸距離1200 米 電源36v 交流電 4.5.24.5.2測點(diǎn)布置測點(diǎn)布置 根據(jù)李家沱大橋特點(diǎn)和當(dāng)前橋梁狀況測點(diǎn)選擇在上下游邊、中跨的最外側(cè) 各兩根邊索以及 1/2 索面（邊

47、跨 10 號索、中跨 12 號索）上，共計(jì) 24 個測點(diǎn)。 （如圖 4.24 所示） 。 圖圖 4.24 索力測試布置圖索力測試布置圖 4.5.34.5.3安裝方法安裝方法 傳感器布置在靠近主塔一端的拉鎖上，用專用夾具緊固，由主塔內(nèi)壁引出， 沿已敷設(shè)管線進(jìn)入相應(yīng)機(jī)柜。布線要求規(guī)范美觀如圖 4.25。 圖圖 4.25 索力計(jì)安裝后圖示索力計(jì)安裝后圖示 4.64.6裂縫監(jiān)測裂縫監(jiān)測 4.6.14.6.1測區(qū)布置測區(qū)布置 在兩主索塔上分別安裝兩套神經(jīng)脈絡(luò)仿生裂縫監(jiān)測系統(tǒng)。一號主索塔的神 經(jīng)脈絡(luò)仿生裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，主要在一號索塔上塔中塔結(jié)合部分的上游側(cè)分三塊 區(qū)域（a、b、c 區(qū)域）安裝裂縫傳感網(wǎng)（共

48、11 張） ，中塔下塔結(jié)合部分的下游 側(cè)分三塊區(qū)域（d、e、f 區(qū)域）安裝裂縫傳感網(wǎng)（共 18 張） ，這些傳感器分別 對一號索塔的對應(yīng)部分進(jìn)行裂縫監(jiān)測。二號索塔的神經(jīng)脈絡(luò)仿生裂縫監(jiān)測系統(tǒng)， 主要在二號索塔上塔中塔結(jié)合部分的下游側(cè)分三塊區(qū)域（g、h、i 區(qū)域）安裝 裂縫傳感網(wǎng)（共 11 張） ，中塔下塔結(jié)合部分的上游側(cè)分三塊區(qū)域（j、k、l 區(qū) 域）安裝裂縫傳感網(wǎng)（共 18 張） ，這些傳感器分別對二號索塔的對應(yīng)部分進(jìn)行 裂縫監(jiān)測。主梁的神經(jīng)脈絡(luò)仿生裂縫檢測系統(tǒng)，主要在兩邊邊跨 1/4 處，主跨 跨中和主跨 1/4 處安裝裂縫傳感網(wǎng)，九龍坡方向的邊跨 1/4 處(m 區(qū)域)安裝 3 張裂縫傳感

49、網(wǎng)，主跨兩處的 1/4 處（n、p 區(qū)域）安裝各 8 張裂縫傳感網(wǎng)，主跨 跨中（o 區(qū)域）安裝 10 張裂縫傳感網(wǎng)，李家沱方向的邊跨 1/4 處（q 區(qū)域）安 裝 3 張裂縫傳感網(wǎng)。實(shí)際安裝時(shí)，對已有碳纖維布加固區(qū)域,原則上則不安裝裂 縫監(jiān)測機(jī)敏網(wǎng)，但是對于橋梁關(guān)鍵部位, 為監(jiān)測關(guān)鍵部位裂縫的發(fā)生和發(fā)展， 在盡量不破壞整體結(jié)構(gòu)的 前提下,先去掉部分碳纖維布再粘貼機(jī)敏網(wǎng)的粘貼。 其示意如圖 4.26-4.27： 圖圖 4.264.26 李家沱長江大橋裂縫監(jiān)測總體布置圖李家沱長江大橋裂縫監(jiān)測總體布置圖 圖圖 4.274.27（a a） 李家沱長江大橋裂縫監(jiān)測主塔斷面布置圖李家沱長江大橋裂縫監(jiān)測主塔

50、斷面布置圖 表 4-8 主塔裂縫傳感器布置數(shù)量、規(guī)格表 編號編號 a ab bc cd de ef fg gh hi ij jk kl l 規(guī)格（規(guī)格（cmcm） 400*30400*30400*30300*80300*80300*80400*30400*30400*30300*80300*80300*80 數(shù)量數(shù)量 344666344666 面積（面積（） 3.64.84.814.414.414.43.64.84.814.414.414.4 總面積（總面積（） 112.8 圖圖 4.27(b)4.27(b) 李家沱長江大橋裂縫監(jiān)測主梁斷面布置圖李家沱長江大橋裂縫監(jiān)測主梁斷面布置圖 表 4-9

51、 主梁裂縫傳感器布置數(shù)量、規(guī)格表 編號編號 m mn no op pq q 規(guī)格（規(guī)格（cmcm） 300*80300*80300*30300*80300*80 數(shù)量數(shù)量 381083 面積（面積（） 14.414.47.214.414.4 總面積（總面積（） 64.8 4.6.24.6.2專用硬件設(shè)計(jì)專用硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則：考慮到結(jié)構(gòu)裂縫形態(tài)以豎向裂縫為主，塔柱外部寬度 640cm，內(nèi) 部僅有不大于 300cm 的位置可用于粘貼機(jī)敏網(wǎng)，并且由于傳感布過長不利 于粘貼，此外由于已經(jīng)經(jīng)過碳纖維加固，大部分表面被碳纖維布包覆。僅 有多個 30mm 寬橫向觀測縫被留出來觀測裂縫發(fā)展情況，為此需設(shè)計(jì)專

52、門的 豎向裂縫監(jiān)測機(jī)敏網(wǎng)拓?fù)洌饕m用于豎向裂縫的發(fā)生與發(fā)展的監(jiān)測。所 以塔內(nèi)部的傳感布規(guī)格設(shè)計(jì)為（長）400cm（寬）30cm、塔外部的傳感布 規(guī)格設(shè)計(jì)為（長）300cm（寬）80cm。 考慮到李家沱大橋處于長江上，且裂縫發(fā)生位置主要處于上下游側(cè)內(nèi)外塔 柱，以中塔柱裂縫最多。這些位置易受外部陽光產(chǎn)生的紫外線、風(fēng)吹雨打、 橋下河流產(chǎn)生的濕氣及各種直接雷擊和間接雷擊影響。需針對各種可能發(fā) 生的問題設(shè)計(jì)相應(yīng)防護(hù)措施。 對各個元器件均需根據(jù)原則設(shè)計(jì)，主要包含仿生機(jī)敏網(wǎng)，中間處理器，電 源，防雷器，下位機(jī)主控制臺（工控, ups,防塵機(jī)柜,總線轉(zhuǎn)換器等） ，上 位機(jī)(服務(wù)器)等設(shè)計(jì)。 4.6.2.14

53、.6.2.1仿生機(jī)敏網(wǎng)及中間處理器仿生機(jī)敏網(wǎng)及中間處理器 a、機(jī)敏網(wǎng) 針對性的設(shè)計(jì)機(jī)敏網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及中間處理器相應(yīng)軟硬件，機(jī)敏網(wǎng)采用了三 種規(guī)格的材料，分別為（長）400cm（寬）30cm、 （長）300cm（寬） 80cm、 （長）300cm（寬）30cm。用以監(jiān)測不同寬度的裂縫。組成機(jī)敏網(wǎng)的機(jī) 敏線漆包銅線構(gòu)成，密度 8.89g/，20直流電阻率為 0.02740。 3 cm 圖圖 4.28 機(jī)敏網(wǎng)實(shí)物圖機(jī)敏網(wǎng)實(shí)物圖 b、中間處理器 1) 基本描述：與仿生機(jī)敏網(wǎng)一起對裂縫信息進(jìn)行初步采樣、存儲和傳送的嵌入 式現(xiàn)場處理器件。 圖圖 4.29 中間處理器實(shí)物圖中間處理器實(shí)物圖 2) 功能： 向機(jī)

54、敏網(wǎng)發(fā)送特殊的檢測信號，通過轉(zhuǎn)換、選通電路依次選取待測機(jī)敏網(wǎng) 上的機(jī)敏線，對機(jī)敏線的通斷情況進(jìn)行判斷和處理，然后將采集得到的信號經(jīng) 過預(yù)處理和短暫存儲后，在主機(jī)輪詢選擇條件下通過 rs485 總線將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳 送到主機(jī)。 3) 組成結(jié)構(gòu)： 中間處理器主要由五大部分組成：微處理器，多路選擇器，總線驅(qū)動器， 485 總線驅(qū)動器、防雷擊器件和開關(guān)電源模塊。 微處理器：中間處理器的核心，控制機(jī)敏網(wǎng)上每條特定機(jī)敏線的選通，以 及向機(jī)敏網(wǎng)發(fā)送特殊的檢測信號，從而對機(jī)敏網(wǎng)的狀態(tài)作出分析和處理，得到 結(jié)構(gòu)物是否出現(xiàn)裂縫；控制 rs485 總線驅(qū)動器，接收并執(zhí)行上位機(jī)傳來的控制 命令，根據(jù)控制命令在一定條件下，

55、將采集到的機(jī)敏網(wǎng)狀態(tài)信息發(fā)送給上位機(jī)。 多路選擇器：將機(jī)敏網(wǎng)上每條機(jī)敏線傳回的檢測信號分割開，分別送往微 處理器進(jìn)行處理。 總線驅(qū)動器：增加微處理器的驅(qū)動能力，使其能夠驅(qū)動較多的機(jī)敏線。 485 總線驅(qū)動器：從上位機(jī)接收控制命令并根據(jù)命令將處理后的信息通過 rs485 總線送往工控機(jī)。 防雷擊器件：通過高性能防雷擊器件，防止雷雨天氣產(chǎn)生的瞬間電涌對中 間處理器造成嚴(yán)重破壞，提高通信的可靠性。 開關(guān)電源模塊：為中間處理器上的所有元器件提供穩(wěn)定電源。 微處理器3態(tài)緩沖/驅(qū)動器 對多路選 擇器進(jìn)行 選通控制 發(fā)送檢測 信號 機(jī)敏網(wǎng) 經(jīng)過處理器 處理后的數(shù) 據(jù)信息 rs485 總線 工控機(jī) 經(jīng)多路選擇

56、 器選通 機(jī)敏網(wǎng)傳 回的信號 圖圖 4.30 中間處理器系統(tǒng)組成框圖中間處理器系統(tǒng)組成框圖 4) 生產(chǎn)工藝： 為了保障在各種惡劣工作條件下的應(yīng)用，兼顧產(chǎn)品小型化等要求，中間處 理器采用性能穩(wěn)定優(yōu)異的工業(yè)級芯片和軍品級芯片構(gòu)成，其中 95%以上的元器 件為表面粘貼元件，從而最大限度內(nèi)減小了中間處理器的體積。 向?qū)I(yè)廠家訂制自主設(shè)計(jì)的專用雙層電路板。生產(chǎn)時(shí)首先使用專用設(shè)備將 適量錫膏均勻覆蓋于相應(yīng)的焊盤上，將貼片元件固定于電路板的相應(yīng)位置上， 再通過回流焊機(jī)使芯片完好地焊接在電路板上。最后用電烙鐵將直插元件焊接 在電路板上。 焊接完成后的中間處理器，使用專業(yè)儀器進(jìn)行綜合測試，測試通過后對其 進(jìn)行防

57、水保護(hù)。 4.6.2.24.6.2.2索塔上元件的防護(hù)措施索塔上元件的防護(hù)措施 雷擊防護(hù)措施：中間處理器外部安裝金屬接地外殼和防雷器 紫外線防護(hù)措施：中間處理器涂敷環(huán)氧樹脂，安裝金屬外殼 酸雨防護(hù)措施：中間處理器涂敷塑封，安裝金屬外殼，機(jī)敏網(wǎng)外涂敷環(huán)氧 樹脂 溫度防護(hù)措施：中間處理器涂敷環(huán)氧樹脂，安裝金屬外殼 其它防護(hù)措施：安裝 pvc 套盒保護(hù)線路 4.6.2.34.6.2.3下位機(jī)主控制臺下位機(jī)主控制臺 通過光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 internet 網(wǎng)絡(luò)通信，所有設(shè)備安裝于防塵機(jī)柜內(nèi)部，工 控機(jī)總體管理現(xiàn)場系統(tǒng)，ups 提供持續(xù)穩(wěn)定供電，總線轉(zhuǎn)換器將裂縫監(jiān)測 rs485 信號總線轉(zhuǎn)換成 rs232

58、總線信號送入工控機(jī)。 下位機(jī)主控制臺安裝于塔柱下橫梁附近的外場機(jī)柜，總體實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場預(yù)處理、 存儲、管理、通信。 4.6.2.44.6.2.4供電系統(tǒng)供電系統(tǒng) 供電采用現(xiàn)場電力連接，為防止雷電產(chǎn)生的瞬間電涌對系統(tǒng)造成破壞，在 總電源和支路電源前均加有防雷器。 4.6.2.54.6.2.5上位機(jī)上位機(jī) 上位機(jī)位于李家沱長江大橋橋頭管理處，根據(jù)需要配置性能穩(wěn)定遠(yuǎn)程監(jiān)測 服務(wù)器及固定 ip 網(wǎng)絡(luò)，下位機(jī)采用光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。裂縫監(jiān)測子系統(tǒng) 的上位機(jī)歸屬重慶市城投路橋管理公司管理。 4.6.34.6.3專用軟件設(shè)計(jì)專用軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)原理: 1. 仿生機(jī)敏網(wǎng)裂縫監(jiān)測器負(fù)責(zé) 24 小時(shí)監(jiān)測仿生機(jī)敏網(wǎng)

59、的通斷狀態(tài)，一旦 裂縫產(chǎn)生，監(jiān)測器會及時(shí)的將裂縫信息傳輸?shù)轿挥跇蝾^管理處的上位機(jī)中。 2. 上位機(jī)經(jīng)過處理判斷，確認(rèn)該信息后，通過光纖傳輸數(shù)據(jù)及時(shí)將信息傳 輸回遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器中。 3. 監(jiān)測服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，自動對其進(jìn)一步進(jìn)行分析、處理，一旦確認(rèn) 裂縫的產(chǎn)生后自動發(fā)出警報(bào)信號。 4.裂縫仿真系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行形象化顯示，專家組利用仿真系統(tǒng)對 數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析、病害會診，做出相應(yīng)的措施：如果結(jié)論是結(jié)構(gòu)問題不大， 監(jiān)測人員繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控；如果結(jié)論是結(jié)構(gòu)問題嚴(yán)重，將派相關(guān)專家及人員到現(xiàn) 場進(jìn)行進(jìn)一步的評估及建議采取相應(yīng)的措施。 軟件系統(tǒng)組成： 橋梁裂縫監(jiān)測系統(tǒng)主要由現(xiàn)場采集、分析系統(tǒng)，inter

60、net 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和遠(yuǎn) 程監(jiān)控、仿真系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成 現(xiàn)場采集系統(tǒng)主要由若干個機(jī)敏網(wǎng)裂縫控制器、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、工控機(jī)系 統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、internet 數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)組成，主要負(fù)責(zé)及時(shí)收集裂縫產(chǎn)生信 號，分析、處理數(shù)據(jù)以消除干擾數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的長期存儲，數(shù)據(jù)的 internet 發(fā)送及遠(yuǎn)程命令的接收。 機(jī)敏網(wǎng)裂縫控制器：主要負(fù)責(zé)收集機(jī)敏網(wǎng)狀態(tài)信息，過濾干擾信號，信息 傳輸。 流程（圖 4.32）是： 1) 向上位機(jī)注冊該控制器； 2) 收集機(jī)敏網(wǎng)狀態(tài)信息 3) 分析信息，過濾其中的干擾信號 4) 將狀態(tài)信息發(fā)送到上位機(jī)。 應(yīng)用服務(wù)器 工控機(jī) 01 號傳感監(jiān)視器 02 號傳感監(jiān)視器 03