三汊磯大橋運(yùn)營期監(jiān)測方案

1、目錄1 工程概況 21.1 橋梁概況 21.2 目前存在問題 31.3 系統(tǒng)定位 42 三汊磯大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)初步方案 52.1 系統(tǒng)功能 52.2 系統(tǒng)監(jiān)測工程 52.3 系統(tǒng)技術(shù)方案 62.3.3.2 預(yù)警指標(biāo)體系的建立 13三汊磯大橋健康監(jiān)測初步方案1工程概況1.1橋梁概況長沙市三汊磯湘江大橋主橋設(shè)計(jì)為自錨式懸索橋，全長732米，分跨為70+132+328+132+70米。主塔為鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，由塔柱和上下兩道橫梁組 成，塔柱采用C50變截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。全橋共設(shè)2根主纜，主纜由37束預(yù)制索股構(gòu)成單纜，預(yù)制索股由127絲 5.1mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成；主纜

2、中心距 25m矢跨比中跨1/5 ,邊跨1/10.6;主 纜兩端采用冷鑄墩頭錨錨固于鋼箱梁，主纜與鋼箱梁連接采用焊接鋼板錨箱。本橋采用雙吊索，普通吊索236根，采用PWS平行鋼絲索股，普通吊索規(guī) 格為5.1 X 85?？拷骼|錨固區(qū)短吊桿采用剛性吊桿，共 8根。吊索與主纜連 接方式為上下銷接式，吊索采用 PWS平行鋼絲索股，外套PE防護(hù)層。對長度超 過20m的吊索設(shè)置減振架，以減少吊索的風(fēng)致振動(dòng)。自錨式懸索橋加勁梁采用鋼箱梁，箱梁全寬35米，橋梁中心線處梁高 3.6米。橋面設(shè)有雙向2.0%的橫坡，1.5%的縱坡。橋面全寬35m = 1m 風(fēng)嘴+ 3.0m 人行道含欄桿寬+ 2.0m 吊桿錨固區(qū)+

3、 23m 雙向6車道+2.0m 吊桿 錨固區(qū)+ 3.0m 人行道含欄桿寬+ 1m 風(fēng)嘴。55.770圖1.1三汊磯大橋主橋橋型布置圖14圖1.2 三汊磯大橋主橋鋼加勁梁截面示意圖主橋線路設(shè)計(jì)為城市I級主干道，設(shè)計(jì)行車速度為60km/h。行車道上鋪7.5cm厚的環(huán)氧瀝青路面層，人行道上鋪設(shè) 3.5cm厚的瀝青混凝土。設(shè)計(jì)荷載：汽車超20級，掛車120。人群荷載：4KN/，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行折 減。溫度荷載：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度 20 C，體系升溫20 C，降溫20 C。根本風(fēng)速：一 百年重現(xiàn)期10米高度處10min年平均最大風(fēng)速25.9m/s?？拐鹪O(shè)計(jì)：按地震基 本烈度7度設(shè)防。三汊磯大橋主橋于2006年9月1

4、號正式通車。圖1-1湘江三汊磯自錨式懸索橋雄姿1.2目前存在問題在橋梁通車至今，養(yǎng)護(hù)檢查中對對三汊磯大橋橋下、橋上、主塔根部、懸索系統(tǒng)、支座、減振器及橋面系等進(jìn)行實(shí)地檢查，該橋存在如下病害和缺陷：懸索系統(tǒng)中吊桿下錨頭有銹水滲出； 東西兩主塔根部砼局部開裂；東西兩主 塔支座處、大橋縱向減振設(shè)施錨固板螺栓銹蝕、 其中東塔下游側(cè)減振設(shè)施錨固板 螺栓損壞3個(gè)；西塔下主梁橫向限位塊脫落；東岸頂推梁 27#墩頂推梁最東的 橋墩蓋梁開裂明顯；主梁下檢修滑車銹蝕；主塔檢修通道支架鐵件銹蝕；東引 橋蓋梁上泥沙堆積，共有 5 處；東引橋落水管破損，初步統(tǒng)計(jì)有 10 套；東橋臺 處梁體頂擠橋臺背墻，致橋臺局部頂壞；

5、伸縮縫膠帶破損嚴(yán)重：主車道共 12 條 伸縮縫，有8條膠帶破損，有3條縫內(nèi)泥砂淤積需沖洗； 鋼箱梁 4臺除濕機(jī)有兩 臺故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)，另兩臺可運(yùn)轉(zhuǎn)但抽風(fēng)機(jī)皮帶斷裂無法除濕。1.3 系統(tǒng)定位 本次擬建立的三汊磯大橋橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系統(tǒng)核心思路為： 緊密結(jié) 合養(yǎng)護(hù)，以平安評價(jià)為核心，初步實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)對橋梁平安狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)結(jié) 構(gòu)狀態(tài)分級和紅線預(yù)警： 根據(jù)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)的橋梁健康狀況分級， 根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的紅線預(yù)警分析， 通過在線監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警與人工檢查相結(jié)合對橋梁結(jié)構(gòu) 的平安運(yùn)營提供技術(shù)支撐和保障。2 三汊磯大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)初步方案2.1 系統(tǒng)功能建立“三汊磯大橋橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系

6、統(tǒng) ，其核心思路為：緊密結(jié) 合養(yǎng)護(hù)，以平安評價(jià)為核心，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)對橋梁平安狀態(tài)進(jìn)行評估，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀 態(tài)分級和紅線預(yù)警： 根據(jù)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)的橋梁健康狀況分級， 根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)的紅線預(yù)警分析， 三汊磯大橋橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)期功能包括：1報(bào)告大橋工作環(huán)境變化；2報(bào)告大橋主要構(gòu)件的應(yīng)力、變形等響應(yīng)情況狀況；3報(bào)告大橋主纜纜索受力狀況；4報(bào)告大橋主要構(gòu)件是否有較大損傷或累積破壞；5實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)下包括荷載、工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的預(yù)警；2.2 系統(tǒng)監(jiān)測工程三汊磯大橋橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測工程包括：1、環(huán)境監(jiān)測 ：結(jié)構(gòu)溫度荷載是結(jié)構(gòu)的荷載源之一，也是三汊磯大橋橋梁運(yùn) 營中維護(hù)管理的

7、一個(gè)重要依據(jù)， 此外風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)也是對大跨徑橋梁產(chǎn)生影響 的因素之一，環(huán)境檢測主要對溫度鋼箱梁內(nèi)外及大氣溫度 、風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測；2、應(yīng)力監(jiān)測 ：應(yīng)力是構(gòu)件平安性評價(jià)的根底，對于自錨式懸索橋，鋼箱梁 壓應(yīng)力最最重要的監(jiān)測內(nèi)容， 本次應(yīng)力 應(yīng)變監(jiān)測主要對鋼箱梁以及主塔關(guān)鍵 截面應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測；3、撓度監(jiān)測 ：對三汊磯大橋的幾何線形及其變化進(jìn)行監(jiān)測，研究橋梁線形 變化與環(huán)境變化 如溫度、車輛 的關(guān)系，為大橋工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示及分析提供數(shù) 據(jù)，本工程中安排了該監(jiān)測工程；4、塔偏監(jiān)測： 大橋索塔的傾角及位移對主塔結(jié)果平安有重要影響，本系統(tǒng) 擬對主塔塔偏進(jìn)行監(jiān)測。5、纜索索力監(jiān)測 ：本系統(tǒng)擬采用預(yù)設(shè)壓力傳感器

8、法據(jù)悉監(jiān)控單位在錨固 段預(yù)設(shè)了錨索計(jì)對纜索索力進(jìn)行監(jiān)控。 備注：假設(shè)施工監(jiān)控預(yù)設(shè)元件已損壞， 或不具備測試條件，那么此項(xiàng)略去2.3系統(tǒng)技術(shù)方案三汊磯大橋橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系統(tǒng)主要將包括以下三個(gè)子系統(tǒng)，運(yùn)作流程如以下圖所示。傳感器子系統(tǒng)SS數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)DATS數(shù)據(jù)管理與控制子系統(tǒng)DPCS這三個(gè)子系統(tǒng)將運(yùn)行于三個(gè)層次：第一層次是數(shù)據(jù)采集單元采集傳感器子系統(tǒng)拾取的信號；第二層次是將采集到的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并通過INTERNE輸送到數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)；第三層次是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的后處理、 歸檔、顯示及存儲；并根據(jù)系統(tǒng)的指令為其提供特定格式和內(nèi)容的數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果。圖3-1三汊磯大橋

9、橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.3.1 傳感器子系統(tǒng)2.3.1.1 結(jié)構(gòu)環(huán)境監(jiān)測溫濕度監(jiān)測目的：大橋結(jié)構(gòu)溫度變化是大跨度橋梁的重要荷載源之一，常引起大橋的變形和橋梁線形的改變，是監(jiān)測重要內(nèi)容。結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測能了解 橋址處環(huán)境溫度場的實(shí)時(shí)變化，以及大橋主要構(gòu)件的溫度及溫度梯度 情況，為分析結(jié)構(gòu)的受力和變形提供依據(jù)，并用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)的相 關(guān)分析。技術(shù)要求：連續(xù)監(jiān)測溫濕度，每10分鐘采樣一次，即采樣頻率 0.00167Hz。溫 度、空氣溫度濕度監(jiān)測應(yīng)能滿足各類溫度測量的要求，具有良好的 測量精度和耐久性。測點(diǎn)布置： 方案在鋼箱梁內(nèi)外側(cè)共布置 2 個(gè)測點(diǎn)風(fēng)荷載監(jiān)測目的 ：風(fēng)荷載是大跨度橋梁的荷

10、載源之一， 采用風(fēng)速風(fēng)向儀實(shí)時(shí)監(jiān)測，技術(shù)要求：及時(shí)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(jià)行車平安狀況、驗(yàn)證橋梁風(fēng)振理論，以及研究極限風(fēng)環(huán)境下的 大橋工作狀況提供了依據(jù)。滿足橋址處極限風(fēng)速測量、 采用風(fēng)速風(fēng)向儀連續(xù)監(jiān)測， 對風(fēng)速風(fēng)向信測點(diǎn)布置：號的直接采樣頻率 1Hz。 方案在主橋橋面中跨跨中位置布置 1 臺。231.2 應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)力監(jiān)測目的：了解在交通荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載及地震荷載作用下大橋各重 要構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變情況，為評價(jià)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)及疲勞壽命提供依 據(jù)。技術(shù)要求：采用振弦式表貼應(yīng)變傳感器，分辨率到達(dá) 1 ，量程滿足土 1500 ， 測點(diǎn)布置：根據(jù)三汊磯大橋的結(jié)構(gòu)特

11、點(diǎn)，在三汊磯大橋的主梁跨中截面以及邊支 座錨固區(qū)域設(shè)置溫度和應(yīng)力布置截面，主梁11個(gè)截面，索塔4個(gè)截面圖3-2主橋鋼加勁梁應(yīng)變測試截面布置位置示意圖圖3-3主橋鋼加勁梁應(yīng)變測試截面布片圖以B截面為例下橫梁承臺承臺西岸M.上游下游43東岸圖3-4主塔應(yīng)變監(jiān)測截面布片圖231.3 撓度監(jiān)測監(jiān)測目的：定期監(jiān)測大橋的幾何線形及其變化， 記錄各測點(diǎn)的絕對位移量，對每 年大橋橫向、縱向及豎向撓度變化值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪出趨勢變化曲線。為大橋工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示及養(yǎng)護(hù)工作與結(jié)構(gòu)健康評估提供資料。同時(shí)對主梁撓度設(shè)定較明確的分級警戒線，以便在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)給 出判定和處理。技術(shù)要求：滿足實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量要求，具有良好的測

12、量精度和較高的數(shù)據(jù)更新頻率，分辨率到達(dá)0.1%，量程到達(dá)2000mm測點(diǎn)布置：對三汊磯大橋撓度監(jiān)測使用連通管光電液位傳感器進(jìn)行人工定期監(jiān)測，擬在橋梁兩邊跨跨中，主跨L/4、L/2、3L/4 部位上下游側(cè)各 布置一個(gè)；2.3.1.4 纜索索力監(jiān)測監(jiān)測目的：纜索是懸索橋主要承重構(gòu)件之一，纜索索力對懸索橋結(jié)構(gòu)平安起到重 要作用，本橋主纜各索股計(jì)算成橋內(nèi)力約為 900KN, 考慮采用預(yù)設(shè)壓 力傳感器法進(jìn)行監(jiān)控測試。技術(shù)要求： 具有良好的測量精度和低頻測量性能，滿足各種環(huán)境和量程的要求。采樣頻率為50Hz,精度到達(dá)0.1%,量程到達(dá)2000KN測點(diǎn)布置：對上、下游主纜的 1 號基準(zhǔn)索股在東岸錨跨設(shè)置 1

13、 20噸的錨索計(jì)測量 其索力。(備注：假設(shè)施工監(jiān)控預(yù)設(shè)元件已損壞,或不具備測試條件, 那么此項(xiàng)略去)2.3.1.5 塔偏監(jiān)測監(jiān)測目的 ：檢測大橋索塔的傾角及位移尤為重要, 系統(tǒng)采用傾角儀記錄各測點(diǎn)測 值,對每年索塔變位值進(jìn)行統(tǒng)計(jì),繪出趨勢變化曲線。技術(shù)要求： 采取傾角儀連續(xù)檢測索塔變位狀態(tài), 滿足各測點(diǎn)的量程要求及環(huán)境要 求，具有良好的測量精度，量程到達(dá)土 30。，靈敏度到達(dá)0.005%,精 度到達(dá) 9采樣頻率為 1Hz。測點(diǎn)布置： 方案在兩主塔上緣及塔梁結(jié)合處各布置兩個(gè)測點(diǎn)。2.3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳感器信號的采集、調(diào)理、預(yù)處理、顯示、傳輸和保存等。對三汊磯大

14、橋橋梁運(yùn)營期結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的選型 原那么是：1) 數(shù)據(jù)采集單元采用國際上先進(jìn)的成熟產(chǎn)品，確保系統(tǒng)良好的穩(wěn)定性、耐久性 和高精度；2) 選用市場上通用性好，易于采購的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)的可維護(hù)性和可更換性；3) 選用性能價(jià)格比高的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)在最低本錢下，實(shí)現(xiàn)最良好的運(yùn)作。2.3.2.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的技術(shù)要求 為了保證數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠及耐久性，其技術(shù)要求：1) 系統(tǒng)應(yīng)該既能在無人職守條件下連續(xù)采樣；2) 系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)采集操作必須在同一時(shí)標(biāo)下工作， 時(shí)間基準(zhǔn)差異小于 1 微秒；3) 系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)自診斷功能；系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)將故障信息上傳至數(shù)據(jù)管理與控制 效勞器

15、，并以足夠醒目或引起操作人員注意的方式顯示、報(bào)警；4) 當(dāng)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)局部暫時(shí)斷電時(shí)，系統(tǒng)的各個(gè)局部應(yīng)無需人為干預(yù)即可 自動(dòng)重新啟動(dòng)、 同步校時(shí)和繼續(xù)正確運(yùn)行， 并保存斷點(diǎn)信息。 局部停止工作， 其他設(shè)備應(yīng)保持其不受影響局部正常工作；2.3.2.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元 (工作站)和 INTERNE，T 以及數(shù)據(jù)采 集與傳輸軟件組成。1) 數(shù)據(jù)采集單元：考慮到傳感器信號的傳輸距離不能太遠(yuǎn)，本系統(tǒng)在大橋箱梁 梁內(nèi)設(shè)立 1 個(gè)數(shù)據(jù)采集單元 (DAU, data acquisition unit) ；2)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：將和中國電信或中國移動(dòng)聯(lián)系，建立INTE

16、RNE網(wǎng)絡(luò)。2.3.3 數(shù)據(jù)管理與控制子系統(tǒng)2.3.3.1 數(shù)據(jù)管理與控制子系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)管理與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、 處理及顯示硬件由 1 臺計(jì)算機(jī)工作站負(fù)責(zé)(位于監(jiān)控中心內(nèi)，通過INTERNETS連)。計(jì)算機(jī)工作站主要用于健康監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示、 數(shù)據(jù)存儲、 統(tǒng)計(jì)分析， 并對 結(jié)構(gòu)平安進(jìn)行預(yù)警HMRat SHF曲*窗fiS*ZS?!rtKlif+.?fl=wfcE昶*1円齊.k.7.*itWi.W：y*tt系統(tǒng)軟件界面圖233.2預(yù)警指標(biāo)體系的建立預(yù)警模塊的信息來源包括基于在線自動(dòng)評估得到的初步評估結(jié)論評估分級指標(biāo)和基于運(yùn)營自動(dòng)參數(shù)監(jiān)測得到的控制性結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)信息。預(yù)警體系從實(shí)現(xiàn)方法上可以劃分為無模型預(yù)警體系和有模型預(yù)警體系。1 無模型預(yù)警體系的建立a這是以往監(jiān)測系統(tǒng)主要進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的方法b建立在監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及簡單數(shù)據(jù)分析的根底上c對橋梁在恒載+其它荷載情況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)直接進(jìn)行處理d通過標(biāo)準(zhǔn)、歷史記錄、交通流量、環(huán)境參數(shù)等建立預(yù)警界限e根據(jù)情況設(shè)定不同的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，對不同的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)采取