XXXXX長江大橋

長期健康監(jiān)測實施方案

xx橋都橋梁技術有限公司

xx交通大學

XXXX有限公司

201X年X月

重慶李家沱長江大橋長期健康監(jiān)測實施方案

目錄

、項目概況及意義........................................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營現(xiàn)狀..................................................2

1.4本橋健康監(jiān)測意義及特殊要求................................................3

、大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)總體設計..............................5

2.1設計原則..................................................................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、索塔控制截面應力監(jiān)測................................................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全橋傳感器測點布設情況匯總................................................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夕卜場機柜.................................................................55

6.2中心機房..................................................................55

7.1主梁豎向撓度監(jiān)測儀—SEN-HOR光纖光柵靜力水準儀的安裝....................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

7.3索塔位移監(jiān)測儀一一光纖光柵傾斜計的安裝...................................57

7.4主梁應力監(jiān)測應變傳感器——表面安裝式光纖光柵應變傳感器的安裝..............57

7.5索塔應力監(jiān)測應變傳感器—表面安裝式光纖光柵應變傳感器的安裝..............57

7.6主梁溫度監(jiān)測儀一一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)測儀一一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光纖光柵加速度計的安裝...............59

7.10斜拉索索力監(jiān)測儀一一JMZR-2901型數(shù)字化傳感器的安裝.......................59

7.11、車輛檢測系統(tǒng)及全天候遠程數(shù)字化航道監(jiān)控系統(tǒng)安裝位置......................60

7.11、裂縫監(jiān)測一一機敏網(wǎng)粘貼及中間處理器的安裝................................60

八、系統(tǒng)軟件的設計.......................................63

重慶李家沱長江大橋長期健康監(jiān)測實施方案

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)分析及綜合評估預警系統(tǒng).............................66

9.1安全評估預警總體方案.....................................................66

92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)運行管理............................................71

10.1系統(tǒng)管理................................................................71

10.2人員培訓.................................................................71

十一、監(jiān)測系統(tǒng)后期服務項目內(nèi)容及費用......................73

11.1維護服務................................................................73

11.2咨詢服務.................................................................73

11.3現(xiàn)場服務.................................................................73

11.4售后服務費用............................................................74

十二、計劃實施年限、經(jīng)費概算與資金籌措....................75

12.1年度計劃................................................................75

12.2組織機構(gòu)及人員組成.......................................................75

12.3經(jīng)費概算.................................................................76

重慶李家沱長江大橋長期健康監(jiān)測實施方案

一、項目概況及意義

1.1工程概況

XX李家沱長江大橋位于XX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+444nl+169m)+過渡孔(53m)+南弓|橋(8x50m),橋面寬度為4車道(中間設

置分隔帶)，寬24mo

圖1.1XX李家沱長江大橋全景

該橋結(jié)構(gòu)體系為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，塔、墩固結(jié)。主梁為縱向

懸浮體系，塔梁交叉處設置橫向限位裝置，在過渡孔與北臺及南引橋結(jié)合處設置

大位移量伸縮縫。

主梁采用扁平的實心雙主梁斷面，主梁肋高2.5m,寬L7m。橫梁間距為4.5m,

設置橫向預應力鋼束。主梁在中跨的中間部分及邊跨的部分區(qū)段設置有縱向預應

力鋼束，采用OVM錨具及高強度低松弛鋼絞線。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1.5?1.6m。每個索面中有24對斜拉索。錨具采用LM7型冷

鑄錨錨具。

主橋兩個主墩基礎根據(jù)地形及地質(zhì)條件并結(jié)合施工難易程度作了不同的處

理。2#墩采用①2.6?3.2m的變截面挖孔樁基礎，3#墩采用沉井基礎。

該橋于1991年開始施工，1997年建成通車。

1.2混凝土斜拉橋常見病害及原因

大量的文獻資料顯示，斜拉橋運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。

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1.2.1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)拉索護套病

害⑵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

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

撞擊等不可預見的偶然事件導致的斜拉索損傷。

1.2.2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。

1.2.3索塔病害及其主要原因

斜拉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、風力、溫差等因素會造成索

力的變化。這些反復的、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。

1.3李家沱長江大橋的運營現(xiàn)狀

1997年建成通車后，隨著交通量的增長和運營時間的增多，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對全橋的裂

縫進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

跨縱向為主。

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(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營。

(7)考慮到梁體混凝土裂縫的數(shù)量、寬度、深度等均較大，部分裂縫已經(jīng)深

入到主筋以內(nèi)，將會嚴重影響到橋梁的耐久性。

根據(jù)裂縫成因綜合結(jié)論，當時對橋塔和主梁的裂縫進行整治，同時也對塔柱

上封錨碎進行整治，以達到封閉裂縫、防止裂縫進一步擴展的目的。

2008年底進行的橋梁外觀檢查，反映出該橋目前主要缺陷有：

1)主塔塔柱碎外觀共發(fā)現(xiàn)裂縫20條；多處由于鋼筋銹蝕膨脹引起的碎脫落；

個別預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)原修補處的瀝青碎鋪裝層周邊冒漿，瀝青碎路面出

現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫及橫、縱、斜向裂縫并同時有洞穴、坑函等現(xiàn)象，在主橋車行道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性脫落的現(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

護欄和立柱出現(xiàn)點狀銹蝕，在交接處銹蝕嚴重，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)，設計值的8.06%(3#墩2008年6月中跨下游)。

1.4本橋健康監(jiān)測意義及特殊要求

李家沱長江大橋為大跨徑雙索面混凝土斜拉橋，投入運營時間較長，在多種

因素作用下出現(xiàn)了部分病害。為確保橋梁安全運營、延長橋梁使用壽命，同時通

過早期橋梁病害的發(fā)現(xiàn)能大大節(jié)約橋梁的維修費用，所以建設李家沱長江大橋健

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：

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重慶李家沱長江大橋長期健康監(jiān)測實施方案

1、結(jié)構(gòu)靜、動力分析計算：本橋自建成已運營多年，相比于橋梁的設計狀

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

行理論計算分析時，應充分考慮到結(jié)構(gòu)退化對計算模型、計算方法和計算結(jié)果的

影響，并據(jù)此提出合理的傳感器布設方式；

2、結(jié)構(gòu)應力監(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計值

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)、成橋試驗數(shù)據(jù)的關系，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，指導橋梁管理養(yǎng)護工作，可在出現(xiàn)病害的橫隔板處布置應

變傳感器，建立橫隔板的長期監(jiān)測機制；

4、索力監(jiān)測：根據(jù)索力長期健康監(jiān)測的需要，需要對關鍵索布設索力傳感

器進行實時監(jiān)測，但在大橋長期運營過程中，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)應具有適應索力測點位置改變或索力測點數(shù)量增加

的功能；

5、索力計算：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)的準確性，為此，有必要專項分析成橋后的索力計算公式，

并需收集施工階段、成橋試驗、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；

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二、大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)總體設計

2.1設計原則

李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個集結(jié)構(gòu)分析計算、計算機技術、通信技

術、網(wǎng)絡技術、傳感器技術等高新技術于一體的綜合系統(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)護管理和運營的需要，同時又具經(jīng)濟效益的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，遵循如

下設計原則：

1）遵循總體設計，分步實施的指導思想；

2）遵循簡潔、實用、性能可靠、經(jīng)濟合理的原則；

3）系統(tǒng)設置首先需滿足李家沱長江大橋養(yǎng)護管理和運營的需要，立足實用

性原則第一，兼顧考慮科學試驗和設計驗證等方面因素。

4）根據(jù)結(jié)構(gòu)易損性分析的結(jié)果及養(yǎng)護管理的需求進行監(jiān)測點的布設。

5）易損性分析原則考慮以下方面：

令不同類型的結(jié)構(gòu)受力特點、構(gòu)件的工作特征；

令設計時不同類型結(jié)構(gòu)的控制斷面、控制點；

令結(jié)構(gòu)不同類型材料的材料特性、使用特性；

令結(jié)構(gòu)受外部環(huán)境及荷載影響后最易損傷部位；

令基于既有同類型結(jié)構(gòu)已發(fā)生的損傷部位；

令目前階段尚未有足夠資料驗證的關鍵部位。

6）監(jiān)測與結(jié)構(gòu)安全性密切相關內(nèi)容，主要監(jiān)測一些有代表性的結(jié)構(gòu)、必須

進行監(jiān)測的重要結(jié)構(gòu)以及日常養(yǎng)護無法檢查或檢查非常困難的結(jié)構(gòu)響應。

7）從動力、靜力、耐久性對結(jié)構(gòu)進行監(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、應力、模態(tài)分析為輔助。

9）系統(tǒng)應具有可擴展性。

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2.2系統(tǒng)功能總框架

圖2.2系統(tǒng)功能總框架圖

2.3系統(tǒng)硬件總框架

（李家沱長江，橋、

數(shù)

祿tt

控

理

。監(jiān)控終端

鼠

制f

卷

統(tǒng)

監(jiān)控終端

圖2.3系統(tǒng)硬件總框架圖

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三、健康監(jiān)測范圍

監(jiān)測范圍的選取應遵循傳感器實時監(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，考慮到本橋建設過程中的特點并結(jié)合大橋近期實際運營狀

況，本橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測范圍如下：

表3.1實時監(jiān)測內(nèi)容

序號實時監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測目的

斜拉索索

索力掌握主要索的索力及加速度振幅情況

1力及振幅

2變形實時位移掌握主梁撓度變形及主塔偏位實時情況

結(jié)構(gòu)

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

3溫度

4環(huán)境大氣溫度掌握大橋塔內(nèi)外的大氣溫度

5動力振動掌握大橋梁部、塔部結(jié)構(gòu)實時振動響應，用以計算結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)

掌握大橋動靜荷載作用下的結(jié)構(gòu)應力、應變情況，用以設置響應

應變

6預警閥值

梁端

掌握大橋伸縮縫位置梁端實時位移

7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

交通

掌握通過大橋的車輛情況和超重車情況

9流量

10航道掌握橋位區(qū)域航道船只運行情況

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四、監(jiān)測項目及監(jiān)測方法

4.1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行監(jiān)

測，并繪編相應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、營運狀態(tài)和耐久能力提供依據(jù)。

4.1.1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目。

4.1.1.1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儀，

沿XX李家沱長江大橋的主梁兩側(cè)安裝連通管，并在關鍵位置（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13截面）引出支管，安裝28個精密液位計（兩個不動

點各1個，安裝在主塔側(cè)壁內(nèi)與主梁同一高程處）。液位計布置情況見圖4.1~4.3

所示。

78200

16900144400116900

|每個斷面對稱布置兩個精密液位計，共計13個斷面，26個測點.兩個橋塔處各布置1個不動點|

圖4.1主梁撓度監(jiān)測液位計縱向布置圖

圖4.2主梁撓度監(jiān)測液位計橫斷面布置圖

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xxxxxxxxA^長期健康監(jiān)測實施方案

液位計基點（主

塔側(cè)壁內(nèi)）

圖4.3主梁撓度監(jiān)測液位計基點布置圖

n

圖4.4主梁測試斷面、連通液位沉降計及采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

靜力水準儀是一種智能型位移傳感器，由精密液位計（圖4.4）、液位罐和連

通管組成。適用于建筑物多點沉降精密測量，適應長期監(jiān)測和自動化測量。安裝

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時將精密液位計設置在被測點，液位罐設置在不動點（水平基點），并用連通管

連接。其原理是通過液位的變化測量被測點相對水平基點的沉降變形。溫度變化

蒸發(fā)的因素引起的液位變化對基準和各個測點有相同的影響，可以通過相減抵

消，而撓度引起的液位變化對基準點和測點的影響不同，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、計算、處理采用SEN-HOR

光纖光柵靜力水準儀（圖4.5）,該系統(tǒng)具有測試精度高，可遠程監(jiān)測，組網(wǎng)能力

強，自帶溫度補償?shù)葍?yōu)點，可與其他類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)。

圖4.5SEN-HOR光纖光柵靜力水準儀

其儀器主要技術參數(shù)見下表：

表4.1靜力水準儀參數(shù)表

項目參數(shù)

標準量程0-100mm〈注’

測量精度1%OF.S.

分辨率0.01mm（在與SEN-01解調(diào)儀配套情況下）

波長范圍1525nm?1565nm

尺寸①90X200mm

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

溫度補償形式自補償

使用溫度-30℃—85℃

（注）：為確保待測撓度不^國出儀器測量量程，安裝時在主跨4/8截面處選擇更大量程的靜

力水準儀。

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2）儀器安裝

（1）檢查各測點頂面水平及高程是否符合設計要求。

（2）檢查測點預埋件及安裝儀器螺桿是否符合設計要求

（3）預先用水和蒸儲水沖洗儀器主體容器及塑料連通管

（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SG溶液，排除管

中所有氣泡。連通管需有槽架保護。

靜力水準管路安裝完畢后，用專用的芯屏蔽電纜與光纖焊熔，并進行絕緣處

理，注意光纖和尾纖的保護。

4.1.1.2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時監(jiān)測，是大橋健康監(jiān)測的

一項重要內(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。本項目通過測量主橋主梁梁端與相鄰引橋梁端上固定點之間的距

離變化來測定主梁縱向位移變化規(guī)律，梁端各設2個測點，共計4個測點，采用

SEN-D2光柵光纖拉線式位移傳感器（圖4.6）,

圖4.6SEN-D2光纖光柵拉線式位移傳感器

第11頁

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其主要技術參數(shù)為:

表4.2拉線式位移傳感器參數(shù)表

項目參數(shù)

標準量程0-1m

測量精度5%。F.S.

分辨率1mm（在與SEN-01解調(diào)儀配套情況下）

波長范圍1525nm?1565nm

尺寸221.5X103X30mm

連接方式FC/PC或熔接

溫度補償形式自補償

使用溫度-3OC?85℃

本橋主梁縱向位移測點及橫斷面布置如圖4.7~4.8所示:

78200

169004440016900

注：1.本圖標注尺寸均以厘米為單位。

圖4.7主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器縱向布置圖

圖4.8主梁縱向位移監(jiān)測位移傳感器橫斷面布置圖

第12頁

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4.1.2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：塔身在強風、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致橫梁與塔身連接部的開裂；塔身混凝土的徐變

收縮導致斜拉索下垂和相應的索力變化。

4.1.2.1儀器選型

主塔側(cè)移監(jiān)測：采用傾斜計進行測量。李家沱大橋跨度大，監(jiān)控室離大橋較

遠，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，用

解調(diào)儀對傳感器進行同步實時監(jiān)測、分析。不同種類的光纖光柵傳感器（如應變、

溫度、位移、加速度等）可連接到同一臺解調(diào)儀上進行實時的綜合監(jiān)測與分析。

因此采用SEN-TILT光纖光柵傾斜計（圖4.9）對本橋主塔整體傾斜進行實時監(jiān)

測。傳感器底座通過焊接或打孔安裝，此系統(tǒng)具有自動溫度補償功能。光纖光柵

傾斜計具有精度高、靈敏度高，自動溫度補償，實時動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)點，并與其他

類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)。

圖4.9傾斜計

表4.3光纖光柵傾斜計技術參數(shù)表

項目參數(shù)

標準量程±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）

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波長范圍1525nm?1565nm

尺寸113X32X50mm

連接方式FC/PC或熔接

溫度補償形式自補償

使用溫度-30℃~85℃

4.1.2.2測點布置

XX李家沱長江大橋上共需安裝8套SEN-TILT光纖光柵傾斜計，4個塔柱

頂各安裝2套，分別對主塔橫橋向和縱橋向進行側(cè)移監(jiān)測。布置情況見圖4.10。

圖4.10主塔側(cè)移監(jiān)測傾斜計傳感器布置圖

4.1.2.3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

第14頁

xmmr大價長期健康監(jiān)測實施方案

筆確定傳感器底座的安裝點;

2）用沖擊鉆在安裝表面垂直打出這兩個安裝點，孔位的直徑應略大于傳感器

底座支桿的直徑，施工時應注意預應力鋼筋的位置，嚴禁切斷此類鋼筋，且打孔

后應以不低于原結(jié)構(gòu)混凝土標號的砂漿進行封堵，所有傳感器的定位應有明顯的

永久性標記，以便后期更換時可找到以前的位置；

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系后，將校直

棒裝上底座并擰緊螺絲，注意擰螺絲的時候兩邊對稱，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；

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，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，當加給傳感器少許拉力或壓力，

撤消時，傳感器波長應能夠及時回到中心波長，否則應擰松螺絲重新安裝；

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上測試單上的原

點值（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)旋導致頂住中間的保護管——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)生的擠壓力來達到拉長或者壓縮光柵從而達到調(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)旋都沒有實際意義）;

10）傳感器的保護；

11）光纖和尾纖的保護。

其他光纖光柵傳感器，如應變、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相同，可按相同方法安裝。

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4.2主梁、索塔控制截面應力監(jiān)測

4.2.1主梁應力監(jiān)測

監(jiān)測主梁應力的目的在于通過對主梁結(jié)構(gòu)的控制部位和重點部位內(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，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個截面，實際安裝時，可在該7個截面附近，結(jié)合以往應變檢測

測點布置情況以及現(xiàn)場實際情況等因素適當位調(diào)整位置。每個截面上布置6個正

應力監(jiān)測點（5個縱向布置，斷面中心1個橫向布置）。同時，在主墩附近的橫

隔板梗肋處增設縱向應變傳感器8個，主跨跨中附近的橫隔板跨中上下緣分別增

設橫向應變傳感器2個，全橋共計52個應力應變傳感器，測點布置情況如圖

4.11~4.12所示。

78200

16900144400116900

m■-主梁應力艇m

I主梁應變計|6||主梁應變計BTI主梁應變計|2||主梁應變計|6||主梁應變計|6||主梁應變計BI|主梁應變計|2「住梁應變計|6||主梁應變向

圖4.11主梁應力監(jiān)測應變傳感器縱向布置圖

3.?表示橫隔板傳感器測點位置。

4.▲表示主跨跨中截面橫隔板傳感器測點位置。

圖4.12主梁截面應力測點布置圖

4.2.2索塔應力監(jiān)測

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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

的關鍵。車輛荷載作用、風力、溫差等因素會造成索力的變化，同時不停變化的

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，應對主塔關鍵截面進行應力監(jiān)測。

結(jié)合李家沱長江大橋?qū)嶋H情況，在主塔關鍵應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變傳感器

小計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變傳

感器進行實時監(jiān)測，每截面布置2個應變傳感器小計8個，主梁附近塔體截面豎

向布置測量主塔應力，拉索錨固區(qū)頂部截面縱向布置，全橋塔柱傳感器共計24

個。其測點布置情況如圖4.13所示。

7820。

16900144400116900

60606060

下游上游

A、B截面C、D截面

圖4.13主塔應力監(jiān)測應變傳感器布置圖

4.2.3系統(tǒng)主要配置

應變傳感器——SEN-S1表面安裝式光纖光柵應變傳感器（圖4.14）0

SEN-S1表面安裝式光纖光柵應變傳感器主要用于測試主梁及主塔的應變，

可以進行長期監(jiān)測。安裝方法與光纖光柵傾斜計相同，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，可與其他類型的光纖光柵傳感器組成全光監(jiān)測網(wǎng)。

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圖4.14SEN-S1表面安裝式光纖光柵應變傳感器

表4.4光纖光柵應變傳感器技術參數(shù)表

項目參數(shù)

標準量程±1500口￡

測量精度1%OF.S.

分辨率0.1ue（在與SEN-01解調(diào)儀配套情況下）

波長范圍1525nm?1565nm

尺寸①12X188mm

連接方式FC/PC或熔接

安裝方式打孔安裝或焊接

使用溫度-30℃—120℃

4.3溫度監(jiān)測

通過對橋梁溫度場分布狀況的監(jiān)測，可為橋梁設計中溫度影響的計算分析

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、應力變化

等進行比較和定量分析。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

多點溫度測量系統(tǒng)進行橋梁結(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)絡節(jié)點連接，通過網(wǎng)絡總線實現(xiàn)與計算機進行通信，實現(xiàn)對溫度的自動遠程

監(jiān)測。

4.3.1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，并對溫度應變傳感

器得到的應變數(shù)據(jù)進行溫度修正，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，考慮主梁頂板測點溫度基本相同，故只在腹板底側(cè)上、

下游布置溫度測點，每個截面布置2個，全橋主梁共布置6個溫度測點。測量元

件采用SEN-T1表面式光纖光柵溫度傳感器。其測點布置情況如圖4.15~4.16o

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圖4.15主梁溫度傳感器縱向布置圖

叫叫17。+叫72°-

圖4.16主梁截面溫度測點布置圖

4.3.2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，并了解塔體的溫度場

情況，對應變傳感器得到的應變數(shù)據(jù)進行溫度修正，選擇截面與主塔的應變傳感

器布置截面相同。測量元件采用SEN-T1表面式光纖光柵溫度傳感器，每截面布

置1個測點，共8個溫度傳感器，測點布置情況如圖4.17。

78200

.溫度傳感耨21幅度傳感器12』

400400

A截面B截面C截面D截面

圖4.17主塔截面溫度測點布置圖

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4.3.3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、響應快、防護能力強

等優(yōu)點，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

傾斜計相同。

圖4.18SEN-T1表面式光纖光柵溫度傳感器

表4.5光纖光柵溫度傳感器技術參數(shù)表

項目參數(shù)

標準量程-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1525nm?1565nm

尺寸①8X88mm

連接方式FC/PC或熔接

安裝方式表面安裝或直埋

使用溫度-30℃―180℃

4.4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現(xiàn)，但在選擇傳感器時要充分考慮傳感器的技術

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（如圖4.19所示）。該類型加

速度計具有精度高、靈敏度高、抗干擾、壽命長等優(yōu)點，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相同，主要用于大橋、大

壩、大型結(jié)構(gòu)等低頻振動監(jiān)測。

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圖4.19SEN-AL光纖光柵加速度計

SEN-AL光纖光柵加速度計主要技術指標：

表4.6光纖光柵加速度計技術參數(shù)表

項目參數(shù)

標準量程+1g

測量精度1%OF.S.

分辨率0.1%。F.S.（在與SEN-01解調(diào)儀配套情況下）

波長范圍1525nHi?1565nm

尺寸65X56X113mm

連接形式FC/PC或熔接

溫度補償形式自補償

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11個加速度測

點；2個塔柱頂端各布置2個測點，其中縱、橫向各1個，主塔共計4個加速度

測點。全橋共布置加速度傳感器15個。其測點布置如圖4.20~4.22所示。

78200

圖4.20主塔、主梁加速度計布置斷面及測點圖

第21頁

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圖4.21主梁縱、橫、豎向加速度計安裝位置圖

圖4.22主塔縱橫向加速度安裝位置圖

4.5斜拉索索力監(jiān)測

4.5.1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，需要對關鍵

索布設索力傳感器進行實時監(jiān)測，以便實時掌握拉索索力和大橋運營狀況。本項

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-2901型

數(shù)字化傳感器（圖4.23）,并帶有斜拉索溫度測量功能。

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圖4.23JMZR-2901型數(shù)字化傳感器

表4.7JMZR-2901型數(shù)字化傳感器技術參數(shù)表

項目名稱技術參數(shù)

頻率測量范圍0.3?65Hz

頻率測量精度0.5%±0.01Hz

溫度測量范圍-55℃-125℃

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

4.5.2測點布置

根據(jù)李家沱大橋特點和當前橋梁狀況測點選擇在上下游邊、中跨的最外側(cè)各

兩根邊索以及1/2索面（邊跨10號索、中跨12號索）上，共計24個測點。（如

圖4.24所示）。

第23頁

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4.5.3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,

沿已敷設管線進入相應機柜。布線要求規(guī)范美觀如圖4.25。

圖4.25索力計安裝后圖示

4.6裂縫監(jiān)測

4.6.1測區(qū)布置

在兩主索塔上分別安裝兩套神經(jīng)脈絡仿生裂縫監(jiān)測系統(tǒng)。一號主索塔的神經(jīng)

脈絡仿生裂縫監(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11張），中塔下塔結(jié)合部分的下游側(cè)分三