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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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