【文章內(nèi)容簡介】 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)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(dòng)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小的數(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。 系統(tǒng)功能總框架重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案9圖 系統(tǒng)功能總框架圖 系統(tǒng)硬件總框架圖外場機(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 家 沱 長 江 大 橋檢測區(qū)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) （ W I N D O W S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) （ W I N D O W S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 （ W I N D O W S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I N T E R N E T數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)圖 系統(tǒng)硬件總框架圖重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案10三、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)測和人工定期監(jiān)（檢）測相結(jié)合的原則，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： 實(shí)時(shí)監(jiān)測范圍表 實(shí)時(shí)監(jiān)測范圍表序號 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 大氣溫度 掌握大橋塔內(nèi)外的大氣溫度5環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向 掌握大橋風(fēng)速風(fēng)向，用以推算大橋結(jié)構(gòu)所受到的風(fēng)荷載6 動(dòng)力 振動(dòng)掌握大橋梁部、塔部結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)振動(dòng)響應(yīng)，用以計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)7 應(yīng)變 掌握大橋動(dòng)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)警閾值8 梁端位移掌握大橋伸縮縫位置梁端實(shí)時(shí)位移 定期監(jiān)測范圍表 定期監(jiān)測范圍序號定期監(jiān)測內(nèi)容 監(jiān)測目的1 主墩沉降 定期對主橋橋墩進(jìn)行沉降測量2 斜拉索索力 定期對未進(jìn)行長期監(jiān)測的斜拉索索力進(jìn)行測試3 斜拉索探傷 定期對全部斜拉索的防護(hù)套、錨固系統(tǒng)、減震器進(jìn)行探傷4 混凝土強(qiáng)度 定期對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度測量，評估大橋的安全性5安全性混凝土裂縫 定期對混凝土裂縫進(jìn)行觀測，評估大橋的安全性4 氯離子含量 定期對塔部混凝土進(jìn)行混凝土氯離子含量測量，評估大橋的耐久性5耐久性碳化深度定期對塔部混凝土進(jìn)行混凝土碳化深度測量，評估大橋耐久性6 橋面線形 定期進(jìn)行橋面線形測量，評估大橋的適用性7適用性 其它外觀檢查橋面狀況、伸縮縫狀況、支座狀況、護(hù)欄狀況、排水設(shè)置狀況、照明設(shè)施狀況、其它狀況重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案118 其它 車流量數(shù)據(jù)定期對車流量進(jìn)行調(diào)查，為評估車輛荷載對大橋健康狀況的影響提供依據(jù)。車流量作為影響橋梁工作狀況的重要因素，是深入分析評估橋梁狀態(tài)的重要依據(jù)。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案11四、監(jiān)測項(xiàng)目及監(jiān)測方法 監(jiān)測方案的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，建成時(shí)間較長，在多種因素作用下出現(xiàn)了部分病害。作為在舊有橋梁上建立的健康監(jiān)測系統(tǒng)，為制定適合該橋的健康監(jiān)測方案，需采取以下具體措施：結(jié)構(gòu)靜動(dòng)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；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，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；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；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)數(shù)量增加的功能；索力計(jì)算：由于李家沱長江大橋斜拉索使用阻尼器，會(huì)影響使用振動(dòng)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)，以與健康監(jiān)測所測得的索力數(shù)據(jù)做比對分析；重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案12主墩沉降監(jiān)測：分析近 3 年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，主橋橋墩沉降已趨于穩(wěn)定，因此本系統(tǒng)中將該項(xiàng)作為定期監(jiān)測項(xiàng)目，但其監(jiān)測數(shù)據(jù)仍作為重要的狀態(tài)評估指標(biāo)。 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)和耐久能力提供依據(jù)。 主梁位移變形監(jiān)測主梁豎向撓度監(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(gè)項(xiàng)目。（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(gè)精密液位計(jì)（不動(dòng)點(diǎn) 1 個(gè)，布置在交接墩主梁跨中處） 。液位計(jì)布置情況見圖 ~ 所示。圖 主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)布置示意圖圖 主梁撓度監(jiān)測液位計(jì)橫截面布置示意圖（ 主梁撓度測點(diǎn)）不動(dòng)點(diǎn)重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案13 主梁測試斷面、連通液位沉降計(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)、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(dòng)化測量。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(dòng)點(diǎn)（水平基點(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(gè)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，因而這一系統(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 SENHOR 光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀，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)。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(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(huì)引起大跨徑橋梁端部產(chǎn)生角變位。其次，活載、恒載等會(huì)使橋梁端部發(fā)生角變位，而使伸縮裝置產(chǎn)生垂直、水平及角變位。地震對伸縮裝置的變位影響比較復(fù)雜，目前還難以把握，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)一般不予考慮。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(gè)測點(diǎn)，共計(jì) 4 個(gè)測點(diǎn)，采用 SEND2 拉線式位移傳感器，其主要技術(shù)參數(shù)為：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‰ .分 辨 率 1 mm（在與 SEN01 解調(diào)儀配套情況下）波長范圍 1525nm～1565nm尺 寸 10330 mm連接方式 FC/PC 或 熔接溫度補(bǔ)償形式 自補(bǔ)償重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案15使用溫度 30℃～85℃本橋主梁縱向位移測點(diǎn)布置如圖 所示：圖 主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器布置示意圖 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)致的橫梁與塔身連接部的開裂；塔身混凝土的徐變收縮導(dǎo)致的斜拉索下垂和相應(yīng)的索力的變化。圖 傾斜計(jì)主塔側(cè)移監(jiān)測：采用傾斜計(jì)進(jìn)行測量。SENTILT 光纖光柵傾斜計(jì)可用于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(dòng)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(dòng)溫度補(bǔ)償，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測等優(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)。 表 光纖光柵傾斜計(jì)技術(shù)參數(shù)表（ 梁端位移量測點(diǎn)）重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案16項(xiàng)目 參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)量程 177。5186。 測量精度 177。分 辨 率 （在與 SEN01 解調(diào)儀配套情況下）波長范圍 1525nm～1565nm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 30℃～85℃重慶李家沱長江大橋上共需安裝 8 套這光纖光柵傾斜計(jì)，4 個(gè)塔柱各安裝2 套，分別對主塔橫橋向和縱橋向進(jìn)行側(cè)移監(jiān)測（圖 ） 。 主塔側(cè)移監(jiān)測傾斜計(jì)傳感器布置示意圖 主梁、索塔控制截面應(yīng)力監(jiān)測 主梁應(yīng)力監(jiān)測運(yùn)營狀態(tài)中的預(yù)應(yīng)力混凝土梁的應(yīng)力、應(yīng)變的變化是由于梁結(jié)構(gòu)的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)變化引起的，外部條件主要有斜拉索索力、支座的變化及車輛荷載的作用等，而內(nèi)部狀態(tài)有混凝土的收縮徐變、溫度變化及預(yù)應(yīng)力損失等。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)。同時(shí), 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)。一般的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測采用電阻應(yīng)變傳感器, 但電阻式應(yīng)變儀的零漂、接觸電阻變化以及溫漂等（ 索塔位移測點(diǎn)）重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案17給系統(tǒng)帶來一定的誤差。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。本橋應(yīng)力監(jiān)測截面包括兩邊跨和主跨的跨中截面、主跨 1/4 截面和墩頂附近的主梁截面共 7 個(gè)截面。每個(gè)截面上布置 5 個(gè)正應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)。同時(shí)，在主墩附近的橫隔板梗肋處增設(shè)應(yīng)變傳感器 8 個(gè)，全橋共計(jì) 43 個(gè)應(yīng)力應(yīng)變傳感器，測點(diǎn)布置情況如圖 、 所示。圖 主梁應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器布置示意圖圖 主梁截面應(yīng)力測點(diǎn)布置圖 索塔應(yīng)力監(jiān)測索塔在施工過程中將承擔(dān)巨大的軸向壓力，同時(shí)對于施工中可能出現(xiàn)的荷載不對稱情況，將使索塔產(chǎn)生附加彎矩，這對索塔的受力是不利的，因此應(yīng)對主塔截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。觀測元件同樣采用 SENS1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器，索塔應(yīng)力監(jiān)測截面為主梁附近的塔體截面和塔身拉索錨固區(qū)中部截面，各塔柱截面共布置 6 個(gè)應(yīng)變傳感器，共計(jì) 24 個(gè)。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。 圖 主塔應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變傳感器布置示意圖 系統(tǒng)主要配置應(yīng)變傳感器——SENS1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器。 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。現(xiàn)場安裝時(shí)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 SENS1 表面安裝式光纖光柵應(yīng)變傳感器表 光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)參數(shù)表項(xiàng)目 參數(shù) C DBA重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案19標(biāo)準(zhǔn)量程 177。1500 με測量精度 1‰ .分 辨