【正文】 .....................................45 人員培訓(xùn) ......................................................................................................................................45九、現(xiàn)有工作基礎(chǔ) .................................................................................................................................47十、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè) 化前景 .................................................................................49 技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益分析 ................................................................................................................49 推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景 ............................................................................................................49重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案2十一、計(jì)劃實(shí)施年限、經(jīng)費(fèi)概算與資金籌措 .....................................................................................51 年度計(jì)劃 ....................................................................................................................................51 人員組成 ....................................................................................................................................51 經(jīng)費(fèi)概算 ....................................................................................................................................52重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案1一、項(xiàng)目概況及意義 大橋工程概況及現(xiàn)狀 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)。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 ～。主要集中分布在 2 號墩 16 號錨箱至 3 號墩 16 號錨箱之間約 150 m 長度的中跨梁段，且主要分布在主梁底面及其內(nèi)側(cè)面上。(3)橫隔板及頂板裂縫主要集中在中跨 2 號墩側(cè)C27~C3C38~C3C41~C43 和 3 號墩側(cè) C39~C41 橫隔板及其附近頂板上。3 號墩下游塔柱西南角南面裂縫深度多在 30~60 mm 之間，最大深度 64 mm；其它位置的裂縫深度多在20~40 mm 之間。伸縮縫錨固混凝土開裂，出現(xiàn)裂縫，主橋主梁底板部分出現(xiàn)了滲水和露筋現(xiàn)象。s Bridge 斜拉橋 63+61 瑞士徐浦大橋 斜拉橋 590 中國濱州黃河大橋 斜拉橋 84+300+300+84 中國松花江大橋 斜拉橋 主跨 365 中國重慶大佛寺長江大橋 斜拉橋 198+450+198 中國蕪湖長江大橋 斜拉橋 180+312+180 中國東營黃河大橋 斜拉橋 ++288++ 中國柳州三門江大橋 斜拉橋 100+160+100=360 中國潤揚(yáng)大橋 斜拉橋 +406+ 中國淮安大橋 斜拉橋 152+370+152 中國汀九橋 斜拉橋 127+448+475+127 中國香港汲水門橋 斜拉橋 160+430+160 中國香港橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測不只是對傳統(tǒng)橋梁檢測技術(shù)的簡單改進(jìn)，而是運(yùn)用現(xiàn)代的傳感與通訊技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測橋梁運(yùn)營階段在各種環(huán)境荷載條件下的結(jié)構(gòu)相應(yīng)與行為，獲取反映結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)、評估結(jié)構(gòu)的可靠性，為橋梁的管理與維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。健康監(jiān)測技術(shù)的成功開發(fā)與應(yīng)用將起到確保橋梁安全運(yùn)營、延長橋梁使用壽命的作用，同時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，可以避免最終頻繁大修關(guān)閉交通所引起的重大損失。因此橋梁健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測加結(jié)構(gòu)評估新技術(shù)，而是被賦予了結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與評估、設(shè)計(jì)理論驗(yàn)證和設(shè)計(jì)規(guī)范的研究與發(fā)展三方面的意義。各個橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)，既可獨(dú)立運(yùn)行，又能夠提供向上的接口，集成到上級監(jiān)控中心的系統(tǒng)里面，最終實(shí)現(xiàn)集中、分權(quán)、分域管理的模式。9）系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性。（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安裝連通管，并在關(guān)鍵位置引出支管，安裝11 個精密液位計(jì)（不動點(diǎn) 1 個，布置在交接墩主梁跨中處） 。其儀器主要技術(shù) SENHOR光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案14參數(shù)見下表：表 靜力水準(zhǔn)儀參數(shù)表項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程 0100 mm 測量精度 1‰ .分 辨 率 （在與 SEN01 解調(diào)儀配套情況下）波長范圍 1525nm～1565nm尺 寸 Ф90200mm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 30℃～85℃（2）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)時監(jiān)測，是大橋健康監(jiān)測的一項(xiàng)重要內(nèi)容。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。同時, 通過控制點(diǎn)上的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)的變異,檢查結(jié)構(gòu)是否有損壞或潛在損壞的狀態(tài)。其測點(diǎn)布置情況如圖 所（ 主梁應(yīng)力測點(diǎn) ）（ 橫隔板應(yīng)力測點(diǎn)）（ 主梁應(yīng)力測點(diǎn)）（ 橫隔板應(yīng)力測點(diǎn)）重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案18示。全橋測量截面布置情況如圖 所示。橋梁結(jié)構(gòu)的受損和安全性降低主要是由于橋梁主要構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的疲勞損傷的累積結(jié)果，而橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷主要是由于動荷載作用下的交變應(yīng)力作用的結(jié)果。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)，主要用于大橋、大壩、大型結(jié)構(gòu)等低頻振動監(jiān)測。在斜拉橋的運(yùn)營期內(nèi)，準(zhǔn)確掌握斜拉索索力分布和索力變化有助于監(jiān)測斜拉索的狀態(tài)、分析索力對斜拉橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響和正確指導(dǎo)索力校正，并作為進(jìn)一步監(jiān)測的依據(jù)。 振動頻率法監(jiān)測索力基本原理振動頻率法間接測量斜索索力的基本原理是將斜索視為弦在一個平面內(nèi)的振動，建立斜索自振頻率與斜索張力間的函數(shù)關(guān)系，通過斜索的環(huán)境激勵響應(yīng)分析斜索自振頻率，再利用這一函數(shù)關(guān)系求取斜索索力。HFY1A 風(fēng)向風(fēng)速儀的主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍：0～60 m/s；0176。通過安裝風(fēng)速風(fēng)向?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)，能了解橋址處環(huán)境風(fēng)力、風(fēng)向變化情況，為分析橋梁的工作環(huán)境、評價行車安全狀況、驗(yàn)證橋梁風(fēng)振理論提供依據(jù)。以上內(nèi)容應(yīng)每月進(jìn)行一次檢查，主要采用目測的方法，也可配以簡單工具進(jìn)行測量。支座檢查可以每季度進(jìn)行一次，形成文字及圖片記錄，評估支座的工作狀態(tài)。(3) 數(shù)據(jù)采集軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集和緩存管理功能，并能對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，以便顯示相應(yīng)信息?！鎽?yīng)變 分辨率：1με；測量精度：177。溫度測量范圍 20℃~120℃溫度測量精度 1℃接口 RS485主要指標(biāo)串接傳感器數(shù)量 2～64數(shù)據(jù)傳輸距離 1200 米（不接中續(xù)器）電源 36V 交流電防雷標(biāo)準(zhǔn) 符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)本系統(tǒng)同時對主塔、主梁進(jìn)行在線監(jiān)測，由于多個光纖應(yīng)變傳感器具有不同的反射光中心波長，所以可以通過一根光纖串接成為光纖傳感鏈，每個監(jiān)測截面的應(yīng)力、溫度、加速度、撓度、位移傳感器用一根光纖連成一串，占用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀的一個或多個通道，通過光纖傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀自動采集各斷面的位移、應(yīng)力、溫度、加速度等信息；同時靠索力自動化采集系統(tǒng)獲取斜拉索索力信息。這一過程在數(shù)據(jù)管理和控制系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)完成，主要進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，比如設(shè)定時段內(nèi)的最大最小值、均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差等，計(jì)算結(jié)果作為初級預(yù)警的輸入，并用以判定信號是否正常。監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和控制包括以下幾個方面的內(nèi)容：（1）動保存和人為選擇保存兩種操作模式。數(shù)據(jù)庫訪問設(shè)有三個訪問級別：最高權(quán)限用戶、次高權(quán)限用戶、最低權(quán)限用戶。對這些獨(dú)立的傳感器采集系統(tǒng)，通過COM接口軟件集成的方式，將其納入到本系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的緩存，傳輸，控制等功能。 結(jié)構(gòu)監(jiān)測信息管理系統(tǒng)該系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、處理、在線評估、數(shù)據(jù)發(fā)布及數(shù)據(jù)顯示等功能。系統(tǒng)采用基于Java 的 C/S 或基于 J2EE 的 B/S 方式實(shí)現(xiàn)。其主要功能是為數(shù)據(jù)采集和傳輸服務(wù)，一般情況下正常運(yùn)行時無相應(yīng)的用戶界面，但可以根據(jù)調(diào)試的需要，可以設(shè)計(jì)開發(fā)調(diào)試界面。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案36六、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個基于傳感器采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)傳感器及其數(shù)據(jù)采集設(shè)備的物理分布、功能要求和系統(tǒng)的總體應(yīng)用方式，整個軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測信息管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三部分。因此針對加速度傳感器將定制采集制度，按照一定的條件采集數(shù)據(jù)，大量地降低無用信息的冗余。這一過程也在數(shù)據(jù)管理和控制系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)完成，主要包括數(shù)據(jù)的時域、頻域、時頻域分析及顯示。其傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果圖如下所示：重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案34監(jiān)測工作站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器W E B 服務(wù)器監(jiān)測工作站大橋管理處光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀溫 度傳 感 器加 速 度傳 感 器溫 度傳 感 器溫 度傳 感 器溫 度傳 感 器加 速 度傳 感 器加 速 度傳 感 器加 速 度傳 感 器光交換機(jī)局域網(wǎng)索力傳感器采集工作站U P S 電源應(yīng) 變傳 感 器位 移傳 感 器應(yīng) 變傳 感 器應(yīng) 變傳 感 器應(yīng) 變傳 感 器位 移傳 感 器位 移傳 感 器位 移傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器通道 1 通道 2 通道 3 通道 4 通道 5I n t e r n e t 遠(yuǎn)程監(jiān)控光交換機(jī)U P S 電源索力傳感器索力傳感器索力傳感器圖 李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D李家沱長江大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，光纖光柵傳感采集系統(tǒng)與拉索索力自動化測試系統(tǒng)的采集方式和所使用的設(shè)備不同，但其基本采集和數(shù)據(jù)通訊方式必須統(tǒng)一，以利于系統(tǒng)的動態(tài)擴(kuò)展，使數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的通訊接口協(xié)議傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)中。S～1%F(5) 系統(tǒng)軟件操作權(quán)限分為多級。5） 護(hù)欄狀況檢查護(hù)欄混凝土是否破損、露筋、風(fēng)化、剝落，鋼構(gòu)件是否銹蝕、變形、開焊、斷裂、缺件，油漆是否剝落，螺栓是否銹蝕、缺失，如發(fā)生以上病害應(yīng)形成量化記錄，并評估其工作狀態(tài)。1） 橋面狀況檢查橋面鋪裝是否平整，有無裂縫、局部坑槽、積水、沉陷、波浪、碎邊，橋面是否被污染；排水設(shè)施是否良好，泄水管是否堵塞和破損；標(biāo)志、標(biāo)線是否清晰、完好。 測點(diǎn)布設(shè)全橋風(fēng)速風(fēng)向儀測點(diǎn)布置如圖 所示。精度：風(fēng)速：177。在實(shí)際的工程應(yīng)用中還需考慮斜索垂度、斜索減振器附加阻尼、溫度等因素的影響。斜拉索的風(fēng)致振動（渦激振動、尾流弛振、雨振和紊流等）和由支座振動引起的振動等如果過大會引起拉索端部鋼絲的疲勞損壞，并會加速拉索防護(hù)層質(zhì)量的退化，甚至?xí)鸱浪只蚶髯o(hù)筒的損壞，使得拉索在遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的情況下被迫更換。1 g測量精度 1‰ .分 辨 率 ‰ .（在與 SEN01 解調(diào)儀配套情況下）波長范圍 1525nm～1565nm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 30℃～85℃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 7 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、重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案22豎向布置，其余截面橫、豎向布置加速度傳感器。結(jié)構(gòu)的整體性能改變時，其模態(tài)參數(shù)（如頻率、振型等）也會發(fā)生相應(yīng)的變化。測量元件采用 SENT1 表面式光纖光柵溫度傳感器。 SENS1 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，既可以進(jìn)行長期監(jiān)測，又可以在短期監(jiān)測完成后重復(fù)使用。且電阻式應(yīng)變傳感器的壽命較短, 故從長期監(jiān)測和信號傳輸?shù)确矫婵紤], 宜采用 (或部分采用) 適合長期監(jiān)測用的 SENS1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器。