140桥梁结构城市道桥与防洪2019年6月第6期DOI:10.16799/jki.csdqyfli.2019.06.037
何武超蔦李劭晖2，江震1，俞建為朱骏■马聶1
(1•上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市200092；2.上海市政工程检测中心有限公司，上海市201114;
3•上海浦江缆索股份有限公司，上海市200120;4.江苏骏龙光电科技股份有限公司，江苏泰州214599)
摘要：提出了一种基于FBG光纤光栅传感器和光纤数据传输技术的拉索健康监测技术，通过拉索制作时预先植入光纤传感器，实现拉索使用过程中索力测量的准确化，使拉索的实时健康监测成为可能。通过实验室技术试验和实桥应用试验，验证了所介绍技术的可行性和可靠性。 关键词：FBG光纤光栅传感器；光纤；斜拉桥；拉索；索力测量；健康监测
中图分类号：U446文献标志码：B文章编号:1009-7716(2019)06-0140-03
0引言
资料显示，许多国内外拉索桥梁，特别是斜拉桥，在运营过程中会由于钢丝锈蚀、断丝等病害而降低拉索承载能力，从而导致拉索未达到设计使用年限而不得不被更换叫据不完全统计,20世纪70至90年代初我国修建的30余座斜拉桥中，已经加固修复的桥梁超过65%，其中有超过46%的斜拉桥已全部或部分更换了斜拉索，最近几年仍有数座20世纪90年代后修建的斜拉桥需要换索。解决拉索的健康监测问题已显得日益重要叫目前斜拉桥拉索健康监测，尤其是对拉索内部钢丝健康状况的检测还缺乏有效的检测手段和技术。目前的拉索检测仅限于索力测量，一般采用压力表测定法、压力传感器测定法、频率法、磁通量法等方法，但此类方法无法提供拉索健康状况的数据和信息叫
本文通过对FBG光纤光栅传感器和光纤数据传输技术的介绍，提出了将光纤传感技术应用于拉索内部钢丝健康监测，并通过实验室技术验证和实桥应用验证，从拉索制备和实桥应用两个方面验证了本文所阐述技术的可行性和可靠性。
收稿日期=2019-03-15
作者简介：何武超(1982-)，男，硕士，高级工程师，从事桥梁
设计工作。1基于光纤光栅健康监测技术原理
权重计算
1.1斜拉桥拉索结构及索力测量原理
斜拉桥拉索索体是由数十乃至上百根高强度钢丝经过排列扭绞而成，索体外部再辅以高强度绕包带及高密度聚乙烯作为防护。通常使用的钢丝直径有05mm和07mm两种，钢丝强度有1670、1770、1860MPa等。
常见的斜拉桥拉索结构主要有锚具和拉索索体构成，锚具通过冷铸或热铸方法与拉索中的高强度钢丝进行锚固连接。在斜拉桥上使用时拉索的两端锚具分别固定在桥的塔端和梁端，两端与中间部分的拉索共同受力叫
当拉索处于工作状态且正常受力时，理论上每根拉索索力会平均分配到索内每根钢丝上。在索力不断变化时，每根钢丝的拉力也不断地被重新平均分配。理论上如果能获得单根钢丝的应变情况就能根据应力-应变关系推算钢丝的拉力及整根拉索的索力，从而准确掌握拉索的实际受力状况及健康状况叫
拉索钢丝在弹性范围内由于受力而被拉伸，其伸长量是极其微小的叫使用普通传感器无法获取准确数据，这就需要使用高精度的光纤传感器。将光纤传感器粘结固定在钢丝上，可以认为在粘结固定区域范围内，等长度的钢丝与传感器传感部分在轴向应力作用下产生同步变形时，两者具
2019年6月第6期城市道桥与防洪桥梁结构141
有相同的应变。
1.2光纤传感器介绍及选择
光纤传感技术是一种以光纤为媒介，以光为
载体，感知和传输外界信号（被测量）的新型传感
技术，是伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而
逐步形成的。
光纤传感器与传统传感器相比具有很多明显
优势:（1）体积小、质量轻;（2）抗电磁干扰能力强、
耐高温、耐腐蚀；（3）属于无源器件，对被测对象影
响较小；（4）便于多重使用，便于成网；（5）传输频
带宽，动态范围大，测量距离长；（6）可以实现对结
构应变、温度以及压力等的多点监测叫
目前FBG光纤光栅传感器常被选择用作拉索
监测用传感器。
1.3FBG光纤光栅传感器原理
FBG光纤光栅传感器的光纤沿径向从里向外
分为纤芯、包层、涂覆层3部分，通过利用特殊的
lsd文件
紫外光照射工艺，对特定部位的光纤纤芯进行紫
外照射，使得该区域光纤纤芯的折射率发生周期性变化，从而制成特定中心波长的光纤光栅。
光纤光栅的作用相当于一个有选择性的光谱反射镜，最主要的功能是能将入射光中满足布拉格条件的某一特定波长的光部分或全部反射。光纤光栅的中心波长和应变、温度成线性关系，根据这些特性可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度等多种传感器。
1.4FBG传感器用于拉索监测技术难点
目前光纤光栅传感器用于拉索监测尚有诸多问题需要解决：
（1）传感器的安装方式。由于拉索全密闭的结构及其制锚工艺，无法将传感器合理地安装在拉索上进行监测。
（2）光纤光栅传感器与钢丝粘结工艺。由于拉索钢丝之间内部缝隙狭小，在钢丝缝隙之间注入胶水并粘结传感器是一个难题。
2FBG传感器植入拉索工艺研究
研究人员经过反复对比，发现一种能够不破坏原拉索结构的传感器植入方式，就是在拉索锚具部位预置一个不锈钢钢管通道，在拉索制作完成后，通过该通道进行传感器的植入。传感器植入拉索结构图见图lo
FBG光纤光栅传感器在工厂内植入拉索的制作工艺和普通斜拉索基本相同，仅在制锚时增加了传感器的预置通道和密封防护措施。拉素预置通道见图2O
图2拉索预置通道
为解决传感器与不锈钢管的粘结问题，试验人员通过蘸胶法和注胶法进行比选，通过反复试验发现注
胶法更为可靠。该方法通过使用自动拌料器、注胶器、定制针头等工具，在预置不锈钢管的特定位置进行注胶。采用注胶法后传感器的粘结质量、可靠性大大提高，而且施工简单方便O
3FBG传感器与拉索受力相关性试验研究
为了完整掌握拉索应力分布情况，专门制作T1根试验索。试验索规格为07-223，长度为5m，锚具一端采用植入钢丝法预留通道，另一端采用预置通道法进行制作。试验采用2种类型的FBG 光纤光栅传感器，其中T1型传感器长为1.1m（含1个传感器）,T2型传感器长度为1.5m（含2个传感器）。
T1、T2型传感器布置图见图3、图4。
1.10m 5.90m
1mm玻璃纤维涂层保护层连接器
图3巧型传感器布置图
50m_|_ 5.50m
1.35m”
,
0.95m
FBG FBG|保护层连接器1mm玻璃纤维涂层
图4T2
型传感器布置图
142桥梁结构城市道桥与防洪2019年6月第6期
为测试拉索不同位置植入FBG光纤光栅传感器的可靠性，以及确定不同位置拉索受力的分布情况，试验前分别将传感器植入了不同的部位。
传感器植入拉索后，将拉索放在实验室静载试验机上进行拉伸试验，试验时拉索加荷以每次500kN的力递增至5000kN，当到达试验最大值后再以同样的速度卸载，每级荷载持荷30s，以保证拉索受力的稳定性和试验数据的可靠性。通过反复几次的施力和卸载来测试拉索不同位置的应力情况。
试验结果显示，上述工艺和方法是可行、有效的，传感器和拉索有极强的相关性，且可重复性能良好，拉索不同位置的应力和理论分析时完全一致。
4FBG传感器实桥应用试验研究
都（昌）九（江）高速鄱阳湖二桥是江西省第二大跨径斜拉桥，主桥主跨420m，斜拉索采用空间扇形双索面形式，共36对144根拉索，其中选取B8和Z9索号拉索安装光纤光栅传感器进行监测试验。鄱阳湖二桥施工监测中使用FBG光纤光栅传感器及相关设备。
传感器安装完成图见图5，光纤光栅数据采集见图6。
图5传感器安装完成图
图6光纤光栅数据采集
4.1试验用传感器
颜面骨折
鄱阳湖二桥试验采用的FBG光纤光栅传感器外形全长为900mm和850mm，位于直径不大于1mm的柔性钢丝套内。传输光纤长度为50m，连接端为FC/APC接口。传感器量程土4000|xm/m，分辨率0.5光栅栅区长度为15mm。
4.2拉索张拉国产FBG光纤检测试验
不同于实验室试验可以对钢丝进行多次加载和卸载，实桥试验中根据现场测试点随机进行监测，并与频率法的试验结果进行数据对比。
在试验中由于无法获得全程锚索计数据，故将频率法索力作为参照基准。由表1可知，光纤测得的相对索力能够与频率法测得数据基本一致。
表1鄱阳湖二桥B8索测试数据
测试点
索体张拉状态
/%
检验检疫
频率法索力
/kN
光纤相对索力
/kN
01717.8基点16#传感器24.83169.13142.3
#8号下游28.03584.93592.5
28.43635.03671.6
01683.4基点03#传感器24.63142.52906.4
#8号上游27.83549.33361.4
28.33613.43382.8
01683.4基点17#传感器24.63142.53048.8
#8号上游27.83549.53355.4
28.33613.43390.1
5结语
本文通过一系列试验，总结了一整套行之有效的FBG光纤光栅传感器植入拉索技术和制造工艺，分别以实验室验证和实桥验证的方式证明国产光纤传感、检测技术用于拉索健康监测是可行、有效的，并完全可以达到实际应用水平。
结合本文介绍的光纤传感技术，辅以整套监测数据处理系统，可以通过无线传输的方式对斜拉桥拉索进行全天候24h的健康监测。基于这些优势，以FBG光纤光栅传感器为基础的光纤检测技术在斜拉桥拉索健康监测方面的应用将有良好的前景。
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（下转第163页
）
2019年6月第6期城市道桥与防洪防洪排水163
炭除臭及其各种组合的除臭工艺，在污水处理过程中可能散发产生臭气的设施全部加盖收集。市区已建污水厂大部分仍未完成厂界最新地标排放标准的建设工程，目前仅有石洞口污水厂污水区域完成新排放标准的建设并在调试中，工程效果还无法确定。 3上海市市区污水厂臭气治理运行情况及优化建议
曲阳、天山等中心区污水厂主要对预处理、生化池和污泥处理区域采用了阳光板或玻璃钢加盖密封的收集系统，使用生物除臭、植物液喷淋等除臭技术，采用以上措施可以满足国标二级排放标准。由于除臭系统建设时间较长，存在设备腐蚀、漏气、处理效率下降、检修停运等情况，除臭不断效果下降。目前除臭技术多样，可采用多种除臭工艺联合以达到处理效果，但由于污水厂产生散发臭气的源较多，同时占地面积较大，臭气治理关键点在于收集系统。
臭气的收集系统通常是采用抽风机抽风，将臭气收集后输送至后续治理设施叫由于污水厂臭气中含有酸性气体，在密闭加盖区域对气体收集管道、盖体等有腐蚀作用，因此保证密封区域全面空气流动，无死角，保证整个密封系统为负压收集，是臭气收集并可有效去除的前提。
在预处理区常见的是对沉砂池进行池体加盖和加盖空间内臭气收集处理，但未对沉砂池洗砂机进行加罩密闭，会存在臭气泄露，同时在加罩密闭整体空间内也存在臭气的积聚，对沉砂池上部建筑腐蚀严重，运行巡视检修人员的工作环境较差。例如石洞口厂原除臭收集系统中对预处理区域的密封，只考
虑了格栅机和池体下部空间，对格栅进水闸门、进水泵房出水闸门等位置的密封未考虑，因此对于在收集生产车间进行密封时，在单体密封外部再增加一层密封，将臭气密封在较小范围内，提高臭气收集效率。
污水厂产生臭气最大的占地面积源在生物反应池，需要布置大量的收集风管，在外界环境变化、风量调节等因素作用下，需要考虑采用变频风机以降低除臭风管内阻力变化导致除臭罩内负压不稳带来的影响，同时大量收集支管的布置会增加内部阻力，同时需要考虑在收集系统的末端增加风量保重气体的流动。
孔繁森的女儿
对于污泥脱水系统这一类的大空间厂房、作业区密封时尽量采取双层隔离密封，对于臭气源产生点有针对性的单独密封收集，巡视通道与人员操作空间与臭气源进行隔离，并保证有新鲜风源进行换气。
4结语
(1)上海市大气及恶臭污染物两份排放标准地标相较于国内外现行标准，在指标数量和限值上提出更高的要求。
(2)为保证达到新地标中的指标排放要求，需要采用多级串联组合的除臭工艺，以及可能需要建设大型除臭设备，在经济性上应重点考虑。
(3)除臭治理的关键在于臭气的收集与系统密封，对于不同臭气源的设施应采用针对性的收集与密封系统，保证收集效率与处理效率。
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historical culture and characteristics of cities.And the conception criterion and basic principle are put forward.The reference is provided to guide the landscape conception of the large urban landscape bridges.
Keywords：bridge,landscape,conception,city,landmarks,history and culture
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Keywords:widening reconstruction,deck-type,continuous arch bridge,composite deck slab,expansion joint
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