光纤光栅传感在济南黄河公路大桥上的应用

一、项目概述

1、    项目背景：

济南黄河公路大桥位于山东省济南市北郊。大桥全长2023.44m，其中主桥长488m，引桥长1535.44m。济南黄河公路大桥于1982年建成通车，其主桥是我国早期建成的大跨斜拉桥之一，自建成通车以后发挥了很好的经济、社会效益。经过二十多年的运营，大桥的基本情况良好，但是随着桥龄的增长，桥梁部件老化及功能退化等情况也逐渐增加，并且大桥的交通流量与日俱增，其中重车及超载车辆占了很大比例，面对日益增长的交通压力以及济南黄河大桥的交通网络中的重要地位，原来的仅靠人工手段已无法满足桥梁养护要求和有效的防范突发事件的发生，因为目前的检测手段不能达到实时检测，测量精度不够，工作量较大，检测困难。

图1  济南黄河公路大桥

鉴于以上情况，济南黄河公路大桥的养护管理部门及上级主管单位对于济南黄河公路大桥的安全、耐久性问题十分重视。为了确保大桥的安全运营，延长桥梁的使用寿命，决定于这次桥梁大修期间，在济南黄河公路大桥的主桥上安装安全监测系统。

同济大学承担了此次安全监测系统的具体设计、实施，上海紫珊光电技术有限公司利用掌握的光纤光栅传感技术，协助同济大学完成了济南黄河公路大桥主梁的动应力监测系统的安装设置与运行。

2、  项目名称：

济南黄河公路大桥的安全监测

3、  项目测试内容：

济南黄河公路大桥主梁的动应力监测

4、    项目测试仪器与配件：

图2 济南黄河大桥专用的光纤光栅安全监测系统

二、项目实施方案

斜拉桥的主梁既是构成斜拉桥这一结构体系的基本组成部分，又是车辆及人群荷载的承担者，受活载的影响最直接，极易因异常局部荷载而引起损伤，同时主梁的损伤对桥梁使用性能的影响也最为直接。因此通过对济南黄河大桥主梁有代表性断面上的动应力监测，可以了解大桥主要受力构件主梁的受力状态，对控制车辆荷载、进行构件疲劳分析提供重要信息。主梁动应变监测断面位置如图3所示，监测断面选择在中跨跨中断面及主桥南侧伸缩缝附近断面。横断面上测点位置如图4所示。对于桥面板下缘的测点，每个位置均布置纵桥向和横桥向动应变传感器各一个。横隔板下缘只布置横桥向应变传感器。

图5  光纤光栅应变传感器的布设与保护

图6  光纤光缆的走线与保护

三、分析与结论

光纤光栅传感技术的优点是：

避免了电阻应变片的零点漂移和电阻误差，精度高，响应速度快；

抗电磁干扰，稳定性高；

可串连，布线工作量大大减少，已组成传感网络；

可远程传输，与现有通信网络兼容性强；

光纤光栅传感技术以其强大的优势不仅广泛应用于新桥的健康监测上，对于旧桥的安全检测也十分适用，上海紫珊光电技术有限公司提供的光纤光栅安全监测系统为济南黄河大桥的安全运营提供了重要保障。