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复杂修复过程中桥梁结构性能和完整性监测

Teixeira Duarte, 巴西

简介

Hercílio Luz大桥的自然磨损、交通量增加和临时磨损导致需要采取干预措施进行修复。Teixeira Duarte 使用了 HBK 光纤测量技术修复大桥,包括光纤应变传感器和光纤解调仪。

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自通车以来,Herc_lio Luz 大桥一直遭受着海水的侵蚀、结构的自然磨损、荷载的不断增加,远远超出桥梁的设计参数。尽管一直对桥梁进行预防性维护,但这并没有阻止它 1991年以来完全关闭。现在,需要对桥梁进行修复,并保持原来的设计结构外观。

Teixeira Duarte公 司受雇于 Herc_lio Luz 大桥的全面修复,大约需要三年时间。包括更换主塔中的轴承支架、加固和恢复基础和金属结构等。在这个项目中,Teixeira Duarte 公司决定使用 HBK 布拉格光栅测试技术,来监测结构关键点的应变,倾斜度、温度等。

该项目中最关键的部分,跨桥辅助结构的负载转移已经成功实施。在修复完成后,将进行持续监控。

Teixeira Duarte

Teixeira Duarte 于1921年成立,是葡萄牙最大的经济集团之一。

其在四大洲18个国家拥有约10500名员工,专注于建筑、特许经营和服务、房地产、酒店、分销和汽车等六个不同行业。在建筑领域,主要从事建造桥梁、水坝、医院、道路和其他公共工程等大型基础设施。



详细信息

Hercílio Luz 大桥设计于1922年,四年后通车,它是连接 Florian_polis 岛和巴西大陆之间的第一座桥梁。90多年来,它一直遭受着海水的侵蚀、结构的自然磨损、荷载的不断增加,远远超出桥梁的设计参数。

尽管一直对桥梁进行预防性维护,但这并没有阻止它 1991年以来完全关闭。除了进行交通封闭外,沥青地面也被完全移除,以减少永久荷载。

测试系统采用混合架构,同时使用了布拉格光栅(FBG)传感器和传统的电气传感器,进行变形、温度、风速和海流测量等。沿 800m 桥梁布置了两条24路复用光纤,3个 HBM 光纤解调仪用于采集 284 个光纤传感器,HBK PMX 数据采集系统用于读取传统电气传感器数据。

为了方便和加快安装过程,光纤传感器均采用预装配的方式交付,并采用了两种不同的安装方法。由于桥梁是金属结构,例如中央桁架和辅助支架,采用点焊方式。而对于眼杆等,采用黏贴方式安装。所有连接均由专用盒子保护。

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General diagram with the main points where the sensors were installed for monitoring

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A) 眼杆 (O's);
B) 下部辅助支架 (AI's);
C) 辅助塔 (TA's);
D) 下弦 (IC's);
E) 上弦 (CS's);
F) 钢筋对角线 (DR's)

采集设备通过以太网与控制室相连。总共使用了两台计算机:一台用于全天候数据的监测和记录,另一台用于已记录数据的后处理。整个系统采用的是 HBM catman 软件进行进行数据采集、记录和分析。通过脚本自动执行某些任务,例如为现场操作员和远程工程师定期生成报告和警报等。

在 Herc_lio luz 大桥的修复过程中,一些步骤非常关键。例如,工作开始和结束时的负荷转移。这些负荷转移是采用液压千斤顶来提升桥面,以便将眼杆支撑的荷载转移到下部临时结构,形成建造的四个“支撑塔”。在这种结构中,如果结构严重损坏,这种荷载传递会导致桥梁或临时结构失效。为了确保整个过程的最大安全性,需要对临时结构中的多个点的应变进行测量,以评估结构和桥梁传递荷载是否均匀,是否按预期发生了荷载释放。

荷载传递过程分阶段进行,每一步之后,负责项目的工程师都需要将结果与模拟数值进行比较,以确认结构的性能是否在预期范围内。另外,还对临时结构的塔架和桥梁本身进行了倾斜度测量。

另一个重点是测量风和潮汐产生的负荷。这座桥梁位于岛屿和大陆之间的一个变窄点上,风速极高,很多时候会影响修复工程。因此在应变和倾斜度测量的同时,还需对海流和风进行测量。

INTERNAL USE - Case Study  teixeira_duarte gauges_instalados_small

Rehabilitation works

INTERNAL USE - Case Study  teixeira_duarte rivets_being_installed
INTERNAL USE - Case Study  teixeira_duarte eyebar_and_top_chords_with_sensors

Above: Application of rivets
Below: Strain gauges installed on eyebar (left) and upper rope (right)

当在需要大量传感器的大型结构中使用电阻应变计时,由于电缆昂贵且笨重,电缆的数量成为一个相当大的问题。此外,由于安装的长电缆中的电磁噪声的影响,使用这种类型的传感器在数百米的距离上进行测量是不可行的。在这些情况下,有必要沿结构分布数据采集系统,这是一个缺点,因为设备有损坏的风险,不包括这些设备和数据存储系统之间的连接问题。

光纤传感器具有巨大的优势,如高疲劳极限、多路复用和抗电磁干扰。HBK FiberSensing的应变计和其他基于FBG的光学传感器是要求苛刻的测试和测量应用的理想选择。

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基于布拉格光栅的光学传感器工作原理。只有某些波长被反射,反射波的峰值位置的变化可以转换为要测量的幅度值。

Ricardo Martins, 项目工程师, Teixeira Duarte
Ricardo Martins, 项目工程师, Teixeira Duarte

应用技术

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