大跨橋梁纜索索力智能感知成套解決方案

文/ 供圖 | 交通運輸部公路科學研究院

我國數十年的高速發展建造了規模龐大的基礎設施，索類橋梁中，拉（吊）索是主要的受力構件之一，其長期面臨環境侵蝕與荷載作用，逐步進入病害爆發期。如何實現耐久性好、精度高、成活率高、可原位計量的國產自主傳感技術是當前存在的痛點問題。

由交通運輸部公路科學研究院牽頭，聯合廣西科學院、重慶大學、柳州歐維姆結構檢測技術有限公司3家單位，歷經數年，發揮各自優勢聯合攻關，針對不同應用場景開展了多種纜索索力測量技術的研究，研發了不同類型的索力測量傳感器及計量校準裝置，構建了橋梁索力標準環境與復雜環境深度融合的多要素準確保障體系，形成了大跨橋梁纜索索力智能感知成套技術。

該項目研發了纜索錨固區光纖光柵應變筋植入的智能感知方法，提出了金屬化黏接的解決方案，突破了普通量程FBG傳感器無法實現纜索大索力測量的瓶頸；揭示了影響力磁耦合關系的關鍵因素及變化特征，提出了磁彈索力傳感器的力磁溫多場交叉耦合的理論方法，解決了復雜環境大直徑拉索高精度索力測量的難題；研發了適配多型號拉索的磁通量傳感器、光纖光柵傳感器、智能感知拉索、多路集線設備、磁彈儀及采集軟件等成套技術，突破了核心儀器國產化的瓶頸；發明了一種雙旁路勵磁的標準傳感器結構，制定了橋梁索力量值溯源框圖，構建了橋梁索力標準環境與復雜環境深度融合的準確度保障體系，填補了索力量值溯源體系的空白。

該項目技術在重慶大佛寺長江大橋、平南三橋、重慶寸灘長江大橋、埃及Rod EI Farag橋、印度ZUARI橋等國內外100多座橋梁工程中實現規模化應用；同時也擴展應用到“中國天眼”FAST索網索力監測、新疆哈密景峽風力發電場超高預應力混凝土塔筒、LNG儲罐等超大工程中。近3年，項目共完成與大跨橋梁纜索索力智能感知成套技術研究及應用相關的新增銷售1.117億元。該項目4種先進傳感器可廣泛應用于類似工程，在推動行業進步的同時，近3年累計帶動上下游相關行業的發展，產生間接經濟效益近10億元。該項目研究成果的應用通過確保監測設備的準確性，減少了定期維護成本，做到了定點維修，間接節約了經濟成本，社會經濟效益十分顯著。

雙旁路勵磁傳感測量系統結構圖

該項目研究成果已獲得授權發明專利6件、實用新型專利13件，索力標準計量系統獲得國家法定授權，發表論文31篇（SCI/EI收錄15篇），形成行業標準兩部，出版專著1部。項目組針對國內外常用索力測量方法的缺陷，通過傳感器技術革新，使得同類傳感器檢測精度明顯提升；通過傳感器新型封裝工藝，極大提升傳感器的使用壽命，滿足纜索長期健康監測的需要。項目成果能夠為工程應用提供技術支撐，滿足用戶需求，在國際橋梁結構健康監測領域處于領先地位。

項目研究成果打通了橋梁安全性能關鍵指標的溯源路徑，使檢測結果可靠性得到保障，有效保障了既有纜索索力的準確度，從而提升了橋梁結構的安全性。項目在全國范圍內開展索力監測設備的計量，有效地提高了索力監測設備測量結果的有效性。