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(xué)研究院

我國數(shù)十年的高速發(fā)展建造了規(guī)模龐大的基礎(chǔ)設(shè)施，索類橋梁中，拉（吊）索是主要的受力構(gòu)件之一，其長期面臨環(huán)境侵蝕與荷載作用，逐步進入病害爆發(fā)期。如何實現(xiàn)耐久性好、精度高、成活率高、可原位計量的國產(chǎn)自主傳感技術(shù)是當(dāng)前存在的痛點問題。

由交通運輸部公路科學(xué)研究院牽頭，聯(lián)合廣西科學(xué)院、重慶大學(xué)、柳州歐維姆結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)有限公司3家單位，歷經(jīng)數(shù)年，發(fā)揮各自優(yōu)勢聯(lián)合攻關(guān)，針對不同應(yīng)用場景開展了多種纜索索力測量技術(shù)的研究，研發(fā)了不同類型的索力測量傳感器及計量校準(zhǔn)裝置，構(gòu)建了橋梁索力標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境與復(fù)雜環(huán)境深度融合的多要素準(zhǔn)確保障體系，形成了大跨橋梁纜索索力智能感知成套技術(shù)。

該項目研發(fā)了纜索錨固區(qū)光纖光柵應(yīng)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(xiàn)纜索大索力測量的瓶頸；揭示了影響力磁耦合關(guān)系的關(guān)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(fù)雜環(huán)境大直徑拉索高精度索力測量的難題；研發(fā)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(shè)備、磁彈儀及采集軟件等成套技術(shù)，突破了核心儀器國產(chǎn)化的瓶頸；發(fā)明了一種雙旁路勵磁的標(biāo)準(zhǔn)傳感器結(jié)構(gòu)，制定了橋梁索力量值溯源框圖，構(gòu)建了橋梁索力標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境與復(fù)雜環(huán)境深度融合的準(zhǔn)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(shù)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(nèi)外100多座橋梁工程中實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用；同時也擴展應(yīng)用到“中國天眼”FAST索網(wǎng)索力監(jiān)測、新疆哈密景峽風(fēng)力發(fā)電場超高預(yù)應(yīng)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(shù)研究及應(yīng)用相關(guān)的新增銷售1.117億元。該項目4種先進傳感器可廣泛應(yīng)用于類似工程，在推動行業(yè)進步的同時，近3年累計帶動上下游相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生間接經(jīng)濟效益近10億元。該項目研究成果的應(yīng)用通過確保監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確性，減少了定期維護成本，做到了定點維修，間接節(jié)約了經(jīng)濟成本，社會經(jīng)濟效益十分顯著。

雙旁路勵磁傳感測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該項目研究成果已獲得授權(quán)發(fā)明專利6件、實用新型專利13件，索力標(biāo)準(zhǔn)計量系統(tǒng)獲得國家法定授權(quán)，發(fā)表論文31篇（SCI/EI收錄15篇），形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩部，出版專著1部。項目組針對國內(nèi)外常用索力測量方法的缺陷，通過傳感器技術(shù)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(jiān)測的需要。項目成果能夠為工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐，滿足用戶需求，在國際橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

項目研究成果打通了橋梁安全性能關(guān)鍵指標(biāo)的溯源路徑，使檢測結(jié)果可靠性得到保障，有效保障了既有纜索索力的準(zhǔn)確度，從而提升了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。項目在全國范圍內(nèi)開展索力監(jiān)測設(shè)備的計量，有效地提高了索力監(jiān)測設(shè)備測量結(jié)果的有效性。