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(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋梁下部結(jié)構(gòu)根據(jù)橋位處的地質(zhì)情況，采用柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；設(shè)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(gòu)件及支座編號為從內(nèi)側(cè)向外側(cè)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(jié)構(gòu)如圖 1 - 1所示
二、 丹金溧漕河大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)硬件安裝
2.1健康監(jiān)測系統(tǒng)概述
丹金溧漕河大橋為部分預(yù)應(yīng)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(lián)安裝了長期性能監(jiān)測系統(tǒng)，為了考察橋梁的基本力學(xué)性能，選擇典型橋跨，布置相應(yīng)的應(yīng)變、動位移、溫度、裂縫等測點，組成箱梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在實際運行荷載作用下的基本力學(xué)性能，為類似橋梁的運營養(yǎng)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(jiān)測系統(tǒng)大體可以分為軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)。軟件子系統(tǒng)是用戶與硬件間的接口界面，主要作用有對采集參數(shù)進行人工干預(yù)、存儲并查看數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析等。硬件子系統(tǒng)負責(zé)完成自動化的數(shù)據(jù)采集，主要包括傳感器及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備、綜合布線、測站設(shè)備、監(jiān)控中心設(shè)備和相關(guān)的輔助設(shè)備等。安裝此套硬件系統(tǒng)的主要目的是為結(jié)構(gòu)狀態(tài)識別及局部損傷識別采集所需要的數(shù)據(jù)，因此要求硬件系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：
1）能夠向結(jié)構(gòu)狀態(tài)及損傷識別子系統(tǒng)提供數(shù)量和精度都滿足要求的監(jiān)測數(shù)據(jù)；
2）能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集；
3）滿足部分數(shù)據(jù)實時采集的需要；
4）滿足長期穩(wěn)定工作的要求；
5）滿足便于標(biāo)定、更換的要求；
6）能夠?qū)崿F(xiàn)故障報警、定位，并能夠?qū)⒐收舷拗圃诰植糠秶?BR>7）能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行校驗及選擇存儲；
8）能夠按照既定程序或在用戶干預(yù)進行下進行數(shù)據(jù)采集。
系統(tǒng)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(lián)第一跨、第二跨、第三跨測點；第四聯(lián)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(yīng)變監(jiān)測
2.3.1 監(jiān)測目的及方法
部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁既是形成連續(xù)梁橋的主要構(gòu)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(yīng)力（應(yīng)變）進行監(jiān)測，不僅能直接了解各測點處的應(yīng)力（應(yīng)變）狀態(tài)，而且為總體評判橋梁的安全性和耐久性提供依據(jù)，而且還能通過控制點應(yīng)力（應(yīng)變）狀態(tài)變化來發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變異。
應(yīng)變數(shù)據(jù)獲取采用日本共和電業(yè)公司的KM-120-H2-11型混凝土表面應(yīng)變計，基本參數(shù)見表 3 - 1。
2.3.2 測點布置
根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際受力特點，并考慮到現(xiàn)場條件，選擇將左幅和右幅第二聯(lián)第五跨跨中截面作為應(yīng)變監(jiān)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(yīng)變測點，共計24個；應(yīng)變花各6個，共計12個。
2.3.3 現(xiàn)場安裝流程及圖片
應(yīng)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(yīng)變片的兩面涂上專用膠水，將應(yīng)變片貼于混凝土上并使用專用塑料薄膜緊壓應(yīng)變片直至膠水凝固，用大膠帶將應(yīng)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(yīng)變片上
（5）走線與連接：將應(yīng)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(guī)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(jù)應(yīng)變片的位置對做好的各個接頭進行編號。
現(xiàn)場安裝圖片如圖 3 - 4至圖 3 - 19所示：
2.4 動位移監(jiān)測
2.4.1 監(jiān)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(biāo)志。當(dāng)車輛的振動頻率與橋跨結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的阻尼大小及共振時間的長短有關(guān)。
動位移監(jiān)測采用中國地震局工程力學(xué)研究所的941BX型動位移傳感器，基本參數(shù)見表 3 - 2。
2.4.2 測點布置
動位移監(jiān)測布置在第三聯(lián)第三跨跨中截面，第四聯(lián)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(xiàn)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(guī)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(jù)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(yīng)的通道中并做好記錄。
現(xiàn)場安裝圖片如圖 3 - 14：
2.5 溫度監(jiān)測
2.5.1 監(jiān)測目的及方法
當(dāng)環(huán)境溫度和日照發(fā)生變化時，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度也會隨之變化。一般來說，材料的溫度變化將引起構(gòu)件的變形，當(dāng)構(gòu)件的變形受到限制時，構(gòu)件內(nèi)部就會產(chǎn)生應(yīng)力。由于組成大型橋梁結(jié)構(gòu)各部分的材料、尺寸和結(jié)構(gòu)形式不同，環(huán)境溫度和日照變化將使整座橋梁內(nèi)形成復(fù)雜的溫度分布。
通過對橋梁溫度場分布狀況的監(jiān)測，可為橋梁設(shè)計中溫度影響的計算提供原始依據(jù)；對不同溫度狀態(tài)下橋梁工作狀態(tài)的變化，如橋梁變形、應(yīng)力變化、頻率變化等進行比較和定量分析，對于橋梁設(shè)計理論的驗證和改進均有積極意義。在我國并未系統(tǒng)的進行過混凝土橋梁溫度場長期觀測，《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTJ D60-2004)沿用了美國AASHTO規(guī)范的二類地區(qū)關(guān)于箱梁溫度梯度的規(guī)定。由于地域、氣候等條件因素的差別，美國規(guī)范所規(guī)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(jiān)測采用PT100溫度傳感器，基本參數(shù)見表 3 - 15。
2.5.2 測點布置
溫度傳感器布置在第三聯(lián)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(xiàn)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(yīng)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(guī)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(jù)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(yīng)的通道中并做好記錄。
現(xiàn)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(jiān)測目的及方法
部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁既是形成連續(xù)梁橋的主要構(gòu)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(yīng)力裂縫（應(yīng)變）進行監(jiān)測，不僅能直接了解各測點處的裂縫應(yīng)力（應(yīng)變）狀態(tài)，而且為總體評判橋梁的安全性和耐久性提供依據(jù)，而且還能通過控制點裂縫應(yīng)力（應(yīng)變）狀態(tài)變化來發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變異。
應(yīng)變數(shù)據(jù)獲取采用日本東京測器研究所（TML）的TML120-60AA型應(yīng)變計，基本參數(shù)見表 3 - 20。
2.6.2 測點布置
根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際受力特點，并考慮到現(xiàn)場條件，選擇將左幅和右幅第二聯(lián)第五跨跨中截面作為應(yīng)變監(jiān)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(yīng)變測點，共計10個。
2.6.3 現(xiàn)場安裝流程及圖片
應(yīng)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(yīng)變片的兩面涂上專用膠水，將應(yīng)變片貼于混凝土上并使用專用塑料薄膜緊壓應(yīng)變片直至膠水凝固，用大膠帶將應(yīng)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(yīng)變片上
（5）走線與連接：將應(yīng)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(guī)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(jù)應(yīng)變片的位置對做好的各個接頭進行編號。
現(xiàn)場安裝圖片如圖 3 -22至圖 3 - 23所示：
2.7 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝
2.7.1 采集系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)監(jiān)測方案要求，監(jiān)測設(shè)備共兩臺，分別位于第三聯(lián)中間隔離帶處。第一組設(shè)備應(yīng)變測點18個通道，動位移4個通道，溫度10個通道；第二組設(shè)備應(yīng)變測點個24通道；第三組設(shè)備應(yīng)變測點8個通道；第四組設(shè)備應(yīng)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(shù)也有區(qū)別，這樣就有效避免了人為誤插可能導(dǎo)致的設(shè)備故障和信號異常等。
另外設(shè)備內(nèi)部還加裝了遠程斷電模塊，可以通過遠程來控制設(shè)備的電路。預(yù)留AC220V交流電源插座，調(diào)試維修時可直接從設(shè)備引電。
設(shè)備圖片如圖 3 - 24：
2.7.2 采集設(shè)備的安裝
設(shè)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(guān)標(biāo)識，如圖 3 - 25所示，避免在其他施工單位施工時對設(shè)備造成損壞。
2.8 現(xiàn)場走線以及防護
現(xiàn)場走線分為兩部分：系統(tǒng)電源和通訊走線、信號線纜走線。
光纖由第五跨走到服務(wù)區(qū)監(jiān)控室，電源線由橋頭的稱重系統(tǒng)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(guī)則使用扎帶綁扎并固定，并使用標(biāo)簽做好標(biāo)識，方便了后期的維護和識別。
2.9 現(xiàn)場信號調(diào)試以及問題解決
整個系統(tǒng)安裝完成后，采用單機版軟件在橋上對所有信號進行調(diào)試。分別采集了應(yīng)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(xiàn)場調(diào)試，初步判斷通道測點G1，G3，G4信號存在異常。
現(xiàn)場調(diào)試圖片如圖 3 - 29：
測點G1，G3，G4可能存在的問題是應(yīng)變數(shù)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(jiān)測系統(tǒng)運行情況
信號調(diào)試隨機選取一天中的半小時數(shù)據(jù)
3.1主梁應(yīng)變調(diào)試數(shù)據(jù)截圖
咨詢熱線：0523-84126525
