一、 工程背景
丹金溧漕河大橋位于江蘇常合高速公路（金壇——溧陽段），跨越丹金溧漕河；預應力混凝土組合箱梁橋梁下部結構根據橋位處的地質情況，采用柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎；設計荷載：汽車—超20級，掛車—120；橋墩編號起始編號為0#；橋梁的構件及支座編號為從內側向外側依次編號，起始編號為1#；橋梁中提到的縱向、橫向裂縫是相對于路線方向而定的，與路線方向一致為縱向，與路線正交方向為橫向。
丹金溧漕河大橋橫斷面結構如圖 1 - 1所示
二、 丹金溧漕河大橋健康監測系統硬件安裝
2.1健康監測系統概述
丹金溧漕河大橋為部分預應力混凝土組合箱梁橋。2021年12月，江蘇常合高速公路有限公司組織各方為丹金溧漕河大橋第二聯安裝了長期性能監測系統，為了考察橋梁的基本力學性能，選擇典型橋跨，布置相應的應變、動位移、溫度、裂縫等測點，組成箱梁健康監測系統，監測部分預應力混凝土箱梁在實際運行荷載作用下的基本力學性能，為類似橋梁的運營養護和維修加固提供有益參考和示范。
從用戶的角度來說，健康監測系統大體可以分為軟件子系統和硬件子系統。軟件子系統是用戶與硬件間的接口界面，主要作用有對采集參數進行人工干預、存儲并查看數據、數據分析等。硬件子系統負責完成自動化的數據采集，主要包括傳感器及其相應的數據采集傳輸設備、綜合布線、測站設備、監控中心設備和相關的輔助設備等。安裝此套硬件系統的主要目的是為結構狀態識別及局部損傷識別采集所需要的數據，因此要求硬件系統需要實現以下功能：
1）能夠向結構狀態及損傷識別子系統提供數量和精度都滿足要求的監測數據；
2）能夠實現數據的同步采集；
3）滿足部分數據實時采集的需要；
4）滿足長期穩定工作的要求；
5）滿足便于標定、更換的要求；
6）能夠實現故障報警、定位，并能夠將故障限制在局部范圍；
7）能夠對監測數據進行校驗及選擇存儲；
8）能夠按照既定程序或在用戶干預進行下進行數據采集。
系統整體框架圖如圖3-1
2.2主梁測點縱向布置圖
丹金溧漕河大橋第三聯第一跨、第二跨、第三跨測點；第四聯第一跨縱向布置圖如圖3-2：
圖3-2 測點整體布置圖
2.3 主梁應變監測
2.3.1 監測目的及方法
部分預應力混凝土組合箱梁既是形成連續梁橋的主要構件之一，同時又直接承受著車輛荷載的作用，通過對主梁各控制截面應力（應變）進行監測，不僅能直接了解各測點處的應力（應變）狀態，而且為總體評判橋梁的安全性和耐久性提供依據，而且還能通過控制點應力（應變）狀態變化來發現橋梁結構狀態的變異。
應變數據獲取采用日本共和電業公司的KM-120-H2-11型混凝土表面應變計，基本參數見表 3 - 1。
2.3.2 測點布置
根據結構的實際受力特點，并考慮到現場條件，選擇將左幅和右幅第二聯第五跨跨中截面作為應變監測截面，各截面測點橫向布置見圖 3 - 3左幅和右幅各布置12個應變測點，共計24個；應變花各6個，共計12個。
2.3.3 現場安裝流程及圖片
應變片安裝流程：
（1）打磨：用打磨機將混凝土表面進行打磨干凈。
（2）基底膠：在打磨機打磨過的地方涂上基底膠，使其平整。
（3）貼片：將應變片的兩面涂上專用膠水，將應變片貼于混凝土上并使用專用塑料薄膜緊壓應變片直至膠水凝固，用大膠帶將應變片電線固定在混凝土上。
（4）703硅膠防護：將703硅膠涂在在應變片上
（5）走線與連接：將應變片電線與穿過PVC管的粗線連接，然后用防水膠帶將連接處纏好。
（6）接頭與編號：用電烙鐵和焊錫將粗線中的各根線按一定規則烙到接頭上，并擰緊接頭上的螺絲釘固定電線以防電線從接頭中脫落。根據應變片的位置對做好的各個接頭進行編號。
現場安裝圖片如圖 3 - 4至圖 3 - 19所示：
2.4 動位移監測
2.4.1 監測目的及方法
大跨徑橋梁的振動位移是衡量橋梁振動水平的一個重要標志。當車輛的振動頻率與橋跨結構的自振頻率一致時，即形成共振，其振幅(即撓度)比一般的振動大許多，振幅的大小與橋梁結構的阻尼大小及共振時間的長短有關。
動位移監測采用中國地震局工程力學研究所的941BX型動位移傳感器，基本參數見表 3 - 2。
2.4.2 測點布置
動位移監測布置在第三聯第三跨跨中截面，第四聯第一跨中界面，橫向布置見圖 3 - 12和圖 3 - 13，左右幅動位移測點各4，共計8個。
2.4.3 現場安裝流程及圖片
動位移傳感器安裝流程：
（1）打孔與插入膨脹螺絲。用電鉆在混凝土箱梁底部打孔，然后插入膨脹螺絲。
（2）安裝動位移傳感器。將動位移上方鋼板與箱梁底部膨脹螺絲對齊從鋼板孔中穿過，擰緊膨脹螺絲螺母，將四個角用螺母固定。
（3）走線與連接。將穿過PVC管的信號線與動位移傳感器連接。
（4）接頭與編號。用電烙鐵和焊錫將粗線中的各根線按一定規則烙到接頭上，并擰緊接頭上的螺絲釘固定電線以防電線從接頭中脫落。根據動位移傳感器的位置對做好的各個接頭進行編號。
（5）連接機箱。將接頭按照編號插到對應的通道中并做好記錄。
現場安裝圖片如圖 3 - 14：
2.5 溫度監測
2.5.1 監測目的及方法
當環境溫度和日照發生變化時，橋梁結構的溫度也會隨之變化。一般來說，材料的溫度變化將引起構件的變形，當構件的變形受到限制時，構件內部就會產生應力。由于組成大型橋梁結構各部分的材料、尺寸和結構形式不同，環境溫度和日照變化將使整座橋梁內形成復雜的溫度分布。
通過對橋梁溫度場分布狀況的監測，可為橋梁設計中溫度影響的計算提供原始依據；對不同溫度狀態下橋梁工作狀態的變化，如橋梁變形、應力變化、頻率變化等進行比較和定量分析，對于橋梁設計理論的驗證和改進均有積極意義。在我國并未系統的進行過混凝土橋梁溫度場長期觀測，《公路橋涵設計通用規范》(JTJ D60-2004)沿用了美國AASHTO規范的二類地區關于箱梁溫度梯度的規定。由于地域、氣候等條件因素的差別，美國規范所規定的溫度梯度并不能完全適用于我國的混凝土橋梁。
溫度監測采用PT100溫度傳感器，基本參數見表 3 - 15。
2.5.2 測點布置
溫度傳感器布置在第三聯第一跨跨中截面，橫向布置見圖 3 - 17溫度測點右幅和左幅各5個，共計10個。
2.5.3 現場安裝流程及圖片
溫度傳感器安裝流程：
（1）固定溫度傳感器。將溫度傳感器放到對應位置，并用扎帶綁扎固定。
（2）走線。將溫度傳感器的電線沿著其它傳感器走線，并用扎帶將其與其它傳感器的走線綁扎在儀器。
（3）接頭與編號。用電烙鐵和焊錫將電線中的各根線按一定規則烙到接頭上，并擰緊接頭上的螺絲釘固定電線以防電線從接頭中脫落。根據溫度計傳感器的位置對做好的各個接頭進行編號。
（4）連接機箱。將接頭按照編號插到對應的通道中并做好記錄。
現場安裝圖片如下：圖3-18、圖3-19
2.6 主梁裂縫檢測
2.6.1 監測目的及方法
部分預應力混凝土組合箱梁既是形成連續梁橋的主要構件之一，同時又直接承受著車輛荷載的作用，通過對主梁各控制截面應力裂縫（應變）進行監測，不僅能直接了解各測點處的裂縫應力（應變）狀態，而且為總體評判橋梁的安全性和耐久性提供依據，而且還能通過控制點裂縫應力（應變）狀態變化來發現橋梁結構狀態的變異。
應變數據獲取采用日本東京測器研究所（TML）的TML120-60AA型應變計，基本參數見表 3 - 20。
2.6.2 測點布置
根據結構的實際受力特點，并考慮到現場條件，選擇將左幅和右幅第二聯第五跨跨中截面作為應變監測截面，各截面測點橫向布置見圖 3 - 21左幅和右幅各布置5個裂縫應變測點，共計10個。
2.6.3 現場安裝流程及圖片
應變片安裝流程：
（1）打磨：用打磨機將混凝土表面進行打磨干凈。
（2）基底膠：在打磨機打磨過的地方涂上基底膠，使其平整。
（3）貼片：將應變片的兩面涂上專用膠水，將應變片貼于混凝土上并使用專用塑料薄膜緊壓應變片直至膠水凝固，用大膠帶將應變片電線固定在混凝土上。
（4）703硅膠防護：將703硅膠涂在在應變片上
（5）走線與連接：將應變片電線與穿過PVC管的粗線連接，然后用防水膠帶將連接處纏好。
（6）接頭與編號：用電烙鐵和焊錫將粗線中的各根線按一定規則烙到接頭上，并擰緊接頭上的螺絲釘固定電線以防電線從接頭中脫落。根據應變片的位置對做好的各個接頭進行編號。
現場安裝圖片如圖 3 -22至圖 3 - 23所示：
2.7 數據采集設備的安裝
2.7.1 采集系統設計
根據監測方案要求，監測設備共兩臺，分別位于第三聯中間隔離帶處。第一組設備應變測點18個通道，動位移4個通道，溫度10個通道；第二組設備應變測點個24通道；第三組設備應變測點8個通道；第四組設備應變24個通道動位移8個通道。
信號接頭全部采用工用航空接頭，不同的信號類型采用的接頭芯數也有區別，這樣就有效避免了人為誤插可能導致的設備故障和信號異常等。
另外設備內部還加裝了遠程斷電模塊，可以通過遠程來控制設備的電路。預留AC220V交流電源插座，調試維修時可直接從設備引電。
設備圖片如圖 3 - 24：
2.7.2 采集設備的安裝
設備安裝在橋梁隔離帶，采用膨脹螺絲固定，并且在顯著部位做了相關標識，如圖 3 - 25所示，避免在其他施工單位施工時對設備造成損壞。
2.8 現場走線以及防護
現場走線分為兩部分：系統電源和通訊走線、信號線纜走線。
光纖由第五跨走到服務區監控室，電源線由橋頭的稱重系統機柜處走出到第五跨。橋上走線在路中隔離帶走線并穿PVC管防護，其余走線采用穿管埋入路邊斜坡低端，防止人為破壞。
橋上的信號線防護全部采用了20PVC線管進行防護，并采用卡扣進行固定。完成圖如圖 3 - 26：
進入機箱的信號線按照排列規則使用扎帶綁扎并固定，并使用標簽做好標識，方便了后期的維護和識別。
2.9 現場信號調試以及問題解決
整個系統安裝完成后，采用單機版軟件在橋上對所有信號進行調試。分別采集了應變、動位移、溫度以及裂縫信號，確保所有通道的正常運行。通過現場調試，初步判斷通道測點G1，G3，G4信號存在異常。
現場調試圖片如圖 3 - 29：
測點G1，G3，G4可能存在的問題是應變數值太小，從圖上不容易看出整體趨勢，解決方法：對信號進行濾波。測點G1，G3，G4可能存在的問題是測點傳感器順壞，解決方法：更換傳感器。
三、 丹金溧漕河大橋健康監測系統運行情況
信號調試隨機選取一天中的半小時數據
3.1主梁應變調試數據截圖
咨詢熱線：0523-84126525
