实桥监测方案(2)

达到1微应变的分辨力、5微应变的测量精度。

由于监测的长期稳定性是最为重要的指标，目前常规的应变测量方法难以达到此要求，因此采用本项目开发的表面安装式光纤法珀应变传感器系统。马桑溪大桥主梁关键截面应变测点纵向布置如图2.7，横向布置见图2.8。

图2.7 马桑溪大桥监测参数及监测位置总体示意图

Fig. 2.7 Overall monitoring parameters and locations of Masangxi Bridge

6.351.186.586.581.186.351111

图2.8马桑溪大桥监测截面内应变测点示意图 Fig. 2.8 Cross-sectional strain points of Masangxi Bridge

传感器引导光纤接续盒光缆监控室工控机测量仪多路寻捡 图2.9 马桑溪大桥应变监测现场方案 Fig 2.9 Strain site plan of Masangxi bridge 如图2.7所示，选择主跨及边跨的9个断面，每个断面4个，总共安装36个

表贴式光纤应变传感器，获取测点处表面的应变值。光纤应变传感器皆通过多芯光缆，将信号传输到北侧主塔下无人监控室的测量仪处，如图2.9所示。

由于光纤应变测量仪只能测量一个传感器，要完成数十路传感器的检测，需要配备多路光纤巡检开关。而常规光通信用光纤开关价格昂贵，因此，为寻求降低成本的新途径，采用光纤传感器复用技术，将光纤应变测量仪的测量容量扩展一倍，以降低对光纤开关的要求，从而降低整个系统的成本。

2.2.2 主梁变形监测子系统

主梁变形监测子系统用于主梁关键点位移、以及主梁线形监测。要求在+200 ~ -100 (即300毫米)范围内，达到2毫米的分辨力、3毫米（即1％）的测量精度；而在跨中测点，则要求在+600 ~ -300（即900毫米）的范围内，达到10毫米的分辨力、18毫米（即2％）的测量精度。

由于马桑溪大桥的变形监测具有变形范围宽（跨中点可达900毫米）、测量精度高、存在扭曲产生的横向变形及倾斜变形、测量距离远（最远点大于430米）、测量速率要求高（0.1秒完成18个测点的测量）等特点，因此马桑溪长江大桥这类特大型斜拉桥的变形监测极为困难，目前国内没有可以利用的现成方法，只能自行研制解决，采用本项目开发的自标定、自编码成像法多点动态挠度传感器系统。

图2.10 马桑溪大桥变形监测子系统示意图

Fig 2.10 Deformation monitoring subsystem of Masangxi bridge

如图2.7所示，选择主跨及边跨的9个断面，每个断面上下游的各1个测点、总共18个测点进行监测。在这18个测点上，将全天候特种自校准图标，面向桥墩处安装固定；而在桥墩的对应点处、面向图标安装带有超长焦变焦镜头的特种高速数字摄像头；并采用特种图像传输线、将高速摄像头采集到的图像信息就近

传输到工控机上，由工控机进行高速图像处理，并通过局域网的方式将两个桥墩上的工控机联网（图2.10）。

马桑溪大桥的挠度监测使用了图像传感器，由于图像传感器的采集卡到传感器间的距离非常近，无法实现用一台计算机来控制整座桥梁的图像传感器，因此，马桑溪大桥有两个现场监测子系统。为使得负荷均衡，将马桑溪大桥分成南、北两座桥设计，两个子系统之间通过光缆局域网进行连接，如图2.11所示。

图2.11 马桑溪大桥现场监测总体框图

Fig. 2.11 General site framework of Masangxi Bridge

2.2.3 主塔应变和变形监测子系统

马桑溪大桥索塔测点布置包括塔顶位移和塔柱应变两个方面。利用结构的对称性，塔柱结构应变测点布置于南塔塔柱根部的分肢上，每肢布设4个应变传感

器，共有8个应变传感器，采用本项目开发的表贴式光纤法珀应变传感器系统。主塔的温度传感器也布设在相应位置处，如图2.12所示。

图2.12 主塔应变和温度测点布置图

Fig. 2.12 Strain and temperature measuring points of pylon

图2.13 塔顶位移的二维监测

Fig. 2.13 2-D displacement monitoring of tower

塔柱变形监测分南塔和北塔两个塔，每个塔的测点均位于塔柱顶部的中心位置。要求在600毫米的测量范围内，达到6毫米（1%）的测量精度、2毫米的测量分辨率，采用本项目开发的大量程高精度激光图像传感器二维位移监测系统。 该方法是激光法与图像法的组合。激光器固定在塔顶上，从激光器发出的准直激

光束照射在半透射接收屏上，摄像机置于接收屏下方。当塔顶发生位移时，照射在接收屏上的激光光斑也发生相应的位移，实现了塔顶位移的二维监测，如图2.13所示。

2.2.4 索力监测子系统

马桑溪大桥索力测点以大桥主跨为中心，对称选取跨中最长的4根斜拉索为监测对象，南、北塔的上、下游位置各一根共4根。对于斜拉索的一阶振型，要测量拉索的基频，加速度传感器的最佳位置应接近拉索中部。但考虑到工程实施的具体难度，传感器的安装位置以施工能够安装到的最高位置为准。实际位置距桥面5米处，采用4只超低频加速度传感器，如图2.14所示。

图2.14 加速度传感器测点布置

Fig. 2.14 Acceleration sensor measuring points

由于拉索的隔振保护措施和传感器安装位置较低等因素的限制，传感器感受的振幅非常小。因此要求加速度传感器具有极好的超低频响应能力和较宽的频带，以及很高的加速度灵敏度。同时还应有很小的安装质量，尽量减少对拉索振动的影响。加速度传感器的微弱信号难以直接远距离传送到桥墩处处理，因此需要专用信号调理器。为此，每只加速度传感器有一根屏蔽信号线、一根电源线，与之对应地需要电源防雷器、信号防雷器各一只，还需要直流电源一只。所有的电源线、信号线都沿斜拉索、桥面、通信管道的路径，最终进入桥墩处的现场监测站。

2.2.5 环境温湿度监测子系统

环境温湿度监测子系统用于大桥各处的温度、湿度监测，测点布置如图2.7所示，共有35个温度传感器和4个湿度传感器。温度要求在－10～＋70℃范围内，达到2℃的监测精度，湿度在10～95%RH范围内达到5%RH的精度。

由半导体温敏元件、数字处理芯片组成的数字温度测量系统，其原理如图2.15

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