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1、三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - i -目 录1 工程概况 .21.1 桥梁概况 .21.2 目前存在问题 .31.3 系统定位 .42 三汊矶大桥健康监测系统初步方案 .52.1 系统功能 .52.2 系统监测项目 .52.3 系统技术方案 .62.3.3.2 预警指标体系的建立 .13三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 2 -三汊矶大桥健康监测初步方案1 工程概况1.1 桥梁概况长沙市三汊矶湘江大桥主桥设计为自锚式悬索桥，全长 732 米，分跨为70+132+328+132+70 米。主塔为钢筋混凝土箱形结构，由塔柱和上下两道横梁组成，塔柱采用 C50 变截面钢筋混凝土结构，横梁为预
2、应力钢筋混凝土结构。全桥共设 2 根主缆，主缆由 37 束预制索股构成单缆，预制索股由 127 丝5.1mm 镀锌高强钢丝组成；主缆中心距 25m，矢跨比中跨 1/5，边跨 1/10.6；主缆两端采用冷铸墩头锚锚固于钢箱梁，主缆与钢箱梁连接采用焊接钢板锚箱。本桥采用双吊索，普通吊索 236 根，采用 PWS 平行钢丝索股，普通吊索规格为 5.185。靠近主缆锚固区短吊杆采用刚性吊杆，共 8 根。吊索与主缆连接方式为上下销接式，吊索采用 PWS 平行钢丝索股，外套 PE 防护层。对长度超过 20m 的吊索设置减振架，以减少吊索的风致振动。自锚式悬索桥加劲梁采用钢箱梁，箱梁全宽 35 米，桥梁中心
3、线处梁高 3.6米。桥面设有双向 2.0%的横坡，1.5% 的纵坡。 桥面全宽 35m1m（风嘴）3.0m（人行道含栏杆宽） 2.0m（吊杆锚固区） 23m（双向 6 车道）+2.0m（吊杆锚固区）3.0m （人行道含栏杆宽）1m（风嘴） 。 龙 洲5.709621129.6523.496158.1129.657425.0156.720134图 1.1 三汊矶大桥主桥桥型布置图三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 3 -主桥线路设计为城市 级主干道，设计行车速度为 60km/h。行车道上铺7.5cm 厚的环氧沥青路面层，人行道上铺设 3.5cm 厚的沥青混凝土。设计荷载：汽车超 20 级，挂车
4、120。人群荷载：4KN/，按规范进行折减。温度荷载：设计基准温度 20，体系升温 20，降温 20。基本风速：一百年重现期 10 米高度处 10min 年平均最大风速 25.9m/s。抗震设计：按地震基本烈度 7 度设防。三汊矶大桥主桥于 2006 年 9 月 1 号正式通车。图 1-1 湘江三汊矶自锚式悬索桥雄姿1.2 目前存在问题在桥梁通车至今，养护检查中对对三汊矶大桥桥下、桥上、主塔根部、悬索系统、支座、减振器及桥面系等进行实地检查，该桥存在如下病害和缺陷：悬索系统中吊杆下锚头有锈水渗出；东西两主塔根部砼局部开裂；东西两主塔支座处、大桥纵向减振设施锚固板螺栓锈蚀、其中东塔下游侧减振设施
5、锚图 1.2 三汊矶大桥主桥钢加劲梁截面示意图三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 4 -固板螺栓损坏 3 个；西塔下主梁横向限位块脱落；东岸顶推梁 27#墩（顶推梁最东的桥墩）盖梁开裂明显；主梁下检修滑车锈蚀；主塔检修通道支架铁件锈蚀；东引桥盖梁上泥沙堆积，共有 5 处；东引桥落水管破损，初步统计有 10 套；东桥台处梁体顶挤桥台背墙，致桥台局部顶坏；伸缩缝胶带破损严重：主车道共 12 条伸缩缝，有 8 条胶带破损，有 3 条缝内泥砂淤积需冲洗；钢箱梁 4 台除湿机有两台故障停止运转，另两台可运转但抽风机皮带断裂无法除湿。1.3 系统定位本次拟建立的三汊矶大桥桥梁运营期结构安全监测系统核心思
6、路为：紧密结合养护，以安全评价为核心，初步实现“数据对桥梁安全状态实时监测，实现结构状态分级和红线预警：根据人工监测数据的桥梁健康状况分级，根据监测系统实时数据的红线预警分析，通过在线监测系统预警与人工检查相结合对桥梁结构的安全运营提供技术支撑和保障。三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 5 -2 三汊矶大桥健康监测系统初步方案2.1 系统功能建立“三汊矶大桥桥梁运营期结构安全监测系统” ，其核心思路为：紧密结合养护，以安全评价为核心，实现“数据对桥梁安全状态进行评估，实现结构状态分级和红线预警：根据人工监测数据的桥梁健康状况分级，根据监测系统实时数据的红线预警分析， 三汊矶大桥桥梁运营期结构
7、安全监测系统预期功能包括：（1）报告大桥工作环境变化；（2）报告大桥主要构件的应力、变形等响应情况状况；（3）报告大桥主缆缆索受力状况；（4）报告大桥主要构件是否有较大损伤或累积破坏；（5）实现异常状态下（包括荷载、工作环境和结构响应）的预警；2.2 系统监测项目三汊矶大桥桥梁运营期结构安全监测系统主要监测项目包括：1、环境监测：结构温度荷载是结构的荷载源之一，也是三汊矶大桥桥梁运营中维护管理的一个重要依据，此外风速等环境参数也是对大跨径桥梁产生影响的因素之一，环境检测主要对温度（钢箱梁内外及大气温度） 、风速进行监测；2、应力监测：应力是构件安全性评价的基础，对于自锚式悬索桥，钢箱梁压应力最
8、最重要的监测内容，本次应力（应变）监测主要对钢箱梁以及主塔关键截面应变进行监测； 3、挠度监测：对三汊矶大桥的几何线形及其变化进行监测，研究桥梁线形变化与环境变化(如温度、车辆)的关系，为大桥工作状态动态显示及分析提供数据，本工程中安排了该监测项目；4、塔偏监测：大桥索塔的倾角及位移对主塔结果安全有重要影响，本系统拟对主塔塔偏进行监测。5、缆索索力监测：本系统拟采用预设压力传感器法（据悉监控单位在锚固三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 6 -段预设了锚索计）对缆索索力进行监控。（备注：若施工监控预设元件已损坏，或不具备测试条件，则此项略去）三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 7 -2.3
9、系统技术方案三汊矶大桥桥梁运营期结构安全监测系统主要将包括下列三个子系统，运作流程如下图所示。 传感器子系统(SS) 数据采集与传输子系统(DATS) 数据管理与控制子系统(DPCS)这三个子系统将运行于三个层次：第一层次是数据采集单元采集传感器子系统拾取的信号；第二层次是将采集到的信号转换成数字信号并通过 INTERNET输送到数据处理与控制子系统；第三层次是由计算机系统完成数据的后处理、归档、显示及存储；并根据系统的指令为其提供特定格式和内容的数据以及处理结果。图 3-1 三汊矶大桥桥梁运营期结构安全监测系统结构示意图2.3.1 传感器子系统2.3.1.1 结构环境监测温湿度监测目的：大桥
10、结构温度变化是大跨度桥梁的重要荷载源之一，常引起大桥的变形和桥梁线形的改变，是监测重要内容。结构温度监测能了解桥址处环境温度场的实时变化，以及大桥主要构件的温度及温度梯度情况，为分析结构的受力和变形提供依据，并用于结构状态参数的相关分析。技术要求：连续监测温湿度，每 10 分钟采样一次，即采样频率 0.00167Hz。温度、空气温度湿度监测应能满足各类温度测量的要求，具有良好的大 桥 桥 址 监 控 中 心 固 定 式 传 感 器 系 统 便 携 式 传 感 器 系 统 数 据 采 集 与 传 输 系 统 便 携 式 数 据 采 集 系 统 数 据 管 理 与 控 制 系 统 结 构 健 康
11、评 价 系 统 三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 8 -测量精度和耐久性。测点布置：计划在钢箱梁内外侧共布置 2 个测点风荷载监测目的：风荷载是大跨度桥梁的荷载源之一，采用风速风向仪实时监测，及时了解桥址处环境风力、风向变化情况，为分析桥梁的工作环境、评价行车安全状况、验证桥梁风振理论，以及研究极限风环境下的大桥工作状况提供了依据。技术要求：满足桥址处极限风速测量、采用风速风向仪连续监测，对风速风向信号的直接采样频率 1Hz。测点布置：计划在主桥桥面中跨跨中位置布置 1 台。三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 9 -三汊矶大桥运营期健康监测实施方案 - 10 -2.3.1.2 应力监测应力监测目的：了解在交通荷载、风荷载、温度荷载及地震荷载作用下大桥各重要构件的应力、应变情况，为评价结构工作状态及疲劳寿命提供依据。
