四川省峨邊大渡河大橋健康監(jiān)測

一、工程概況與背景

    四川省峨邊大渡河大橋建于1995年，上部為主跨138m下承式無推力鋼管混凝土系桿拱橋，矢跨比1/5，拱軸系數(shù)1.352。拱肋為4根φ500×8mm鋼管混凝土桁架，拱腳作混凝土包裹強(qiáng)化處理。吊桿采用12φ15.24mm的平行高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，外用鋼管防護(hù)，鋼管內(nèi)灌水泥砂漿。系桿采用31φ15.24mm的高強(qiáng)度鋼絞線，且設(shè)于橋面下。吊桿橫梁為普通鋼筋混凝土梁，橋面板采用4.8m槽型板。引橋為10m跨徑的鋼筋砼連續(xù)梁橫置式橋面板。

    因受到上游附近黃磷廠的影響，大橋構(gòu)件銹蝕嚴(yán)重。2004年10月至2005年10月期間對大橋進(jìn)行維修加固，更換系桿、不換吊桿，新系桿采用OVMXG15-31可換索式環(huán)氧噴涂鋼絞線系桿。設(shè)計要求對吊桿和系桿在服役期間進(jìn)行健康監(jiān)測。該橋的實(shí)橋圖如圖1所示。

二、項目簡介

    斜拉橋的拉索、系桿拱橋的吊桿（系桿）和懸索橋的纜索是纜索支承橋梁的核心構(gòu)件，素有“生命線”之稱。由于惡劣的使用環(huán)境、動荷載作用以及材料腐蝕老化等不利因素的影響，拉索難免出現(xiàn)不同程度的損傷和劣化。實(shí)際工程中，拉索的斷損和換索事例，國內(nèi)外時有報道。因此，如何實(shí)現(xiàn)在役拉索工作狀態(tài)的長期監(jiān)測，確保其使用期內(nèi)的安全，是一項十分重要且具有廣闊應(yīng)用前景的工作。傳統(tǒng)的傳感器都存在某方面缺陷，不適合拉索的長期健康監(jiān)測。光纖光柵傳感技術(shù)以其自身的性能優(yōu)點(diǎn)基本能滿足拉索安全監(jiān)測的技術(shù)要求。所以，開展 “基于光纖光柵系桿拱橋吊桿（系桿）的智能健康監(jiān)測”科研課題具有重要的實(shí)際意義。項目內(nèi)容包括：高性能光纖光柵應(yīng)變與溫度傳感器研制；光纖光柵在吊桿（系桿）中的布設(shè)工藝與走線方法；光纖光柵智能吊桿（系桿）的索廠標(biāo)定；智能吊桿（系桿）施工操作規(guī)程；光纖光柵智能吊桿（系桿）監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)；吊桿（系桿）安全評定方法；吊桿損傷引起的整橋安全評定方法；吊桿剩余疲勞壽命估計。課題組成功地研究出智能吊桿（系桿）制作和施工操作方法，采用先進(jìn)的光纖光柵傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理技術(shù)開發(fā)了吊桿（系桿）智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括吊桿（系桿）監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集、處理和吊桿（系桿）安全評定。

三、工程應(yīng)用

    課題組在課題示范工程峨邊大渡河大橋吊桿（系桿）智能健康監(jiān)測的項目中，在該橋50根吊桿中的15根關(guān)鍵吊桿內(nèi)共布設(shè)了40個光纖光柵傳感器，其中應(yīng)變測量傳感器30個，溫度測量傳感器10個。在其8根系桿中的4根系桿內(nèi)放置了16根自主開發(fā)的FBG-FRP筋傳感器，其中12根為應(yīng)變傳感筋，4根為溫度傳感筋，每根應(yīng)變傳感筋中有兩個光纖光柵傳感器，每根溫度傳感筋中含一個光纖光柵傳感器。該項目成功地實(shí)現(xiàn)了采用光纖光柵傳感技術(shù)對系桿拱橋的吊桿（系桿）進(jìn)行施工和運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)測，是國內(nèi)外首次將光纖光柵傳感器放入拱橋系桿中，監(jiān)測其施工和運(yùn)營狀態(tài)。

四、主要結(jié)論

   本項目研制開發(fā)了滿足橋梁拉索監(jiān)測的高性能光纖光柵應(yīng)變與溫度傳感器，并研究了其布設(shè)工藝；成功地研制出滿足工程應(yīng)用的光纖光柵智能橋梁拉索；開發(fā)了基于光纖光柵傳感器的橋梁拉索施工和運(yùn)營監(jiān)測系統(tǒng)；將光纖光柵應(yīng)變傳感器應(yīng)用于峨邊大渡河大橋的系桿張拉施工監(jiān)控中，并根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工實(shí)踐。該項目的應(yīng)用研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，并取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的推廣應(yīng)用價值。