重庆李家沱长江大桥
长期健康监测方案
重庆交通大学 2009年5月
重庆李家沱长江大桥长期健康监测方案
目 录
一、项目概况及意义 .............................................................................................................................. 1
1.1 大桥工程概况及现状 .................................................................................................................. 1
1.1.1 工程概况 .................................................................................................................................. 1
1.2 本桥健康监测的意义及必要性 .................................................................................................. 3
1.3 本桥健康监测的难点 .................................................................................................................. 6
二、大桥健康监测系统总体设计 .......................................................................................................... 7
2.1 设计原则 ...................................................................................................................................... 7
2.2 系统功能总框架 .......................................................................................................................... 8 2.3
系统硬件总框架 .......................................................................................................................... 9
三、健康监测范围 ................................................................................................................................ 10
3.1 实时监测范围 ............................................................................................................................ 10
3.2 定期监测范围 ............................................................................................................................ 10
四、监测项目及监测方法 .................................................................................................................... 11
4.1 监测方案的特殊要求 ................................................................................................................ 11
4.2 桥梁位移变形监测 .................................................................................................................... 12
4.3 主梁、索塔控制截面应力监测 ................................................................................................ 16
4.4 温度监测 .................................................................................................................................... 19
4.5 大桥结构动力特性监测 ............................................................................................................ 20
4.6 斜拉索索力监测 ........................................................................................................................ 23
4.7 风速风向监测 ............................................................................................................................ 25
4.8 定期监测 .................................................................................................................................... 26
4.9 全桥传感器测点布设情况汇总 ................................................................................................ 29
五、数据采集、传输、处理和控制子系统 ........................................................................................ 31
5.1 数据采集子系统 ........................................................................................................................ 31
5.2 数据传输子系统 ........................................................................................................................ 33
5.3 数据处理和控制子系统 ............................................................................................................ 34
六、系统软件的设计 ............................................................................................................................ 36
6.1 数据采集管理系统 .................................................................................................................... 36
6.2 结构监测信息管理系统 ............................................................................................................ 37
6.3 数据库管理系统 ........................................................................................................................ 38
七、结构健康评估 ................................................................................................................................ 39
7.1 总体设计 .................................................................................................................................... 39
7.2 李家沱长江大桥评估模型 ........................................................................................................ 40
八、系统运行管理及人员培训 ............................................................................................................ 45
8.1 系统管理 .................................................................................................................................... 45
8.2 人员培训 .................................................................................................................................... 45
九、现有工作基础 ................................................................................................................................ 47
十、技术、经济效益、推广应用及产业化前景 ................................................................................ 49
10.1 技术、经济效益分析 .............................................................................................................. 49
10.2 推广应用及产业化前景 .......................................................................................................... 49
重庆李家沱长江大桥长期健康监测方案
十一、计划实施年限、经费概算与资金筹措 .................................................................................... 51
11.1 年度计划 .................................................................................................................................. 51
11.2 人员组成 .................................................................................................................................. 51
11.3 经费概算 .................................................................................................................................. 52
重庆李家沱长江大桥长期健康监测方案
一、项目概况及意义
1.1 大桥工程概况及现状 1.1.1 工程概况
重庆李家沱长江大桥位于重庆市西郊九龙坡地区，大桥南岸为李家沱工业区，北岸为九龙坡区。主孔全长1288m，跨径组合为：过渡孔(53m)+主孔(169m+444m+169m)+过渡孔(53m)+南引桥(8x50m)，桥面宽度为4车道（中间设置分隔带），宽24m。
图1.1 重庆李家沱长江大桥全景
该桥结构体系为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，塔、墩固结。主梁为纵向悬浮体系，塔梁交叉处设置横向限位装置，在过渡孔与北台及南引桥结合处设置大位移量伸缩缝。
主梁采用扁平的实心双主梁断面，主梁肋高2.5m，宽1.7m。横梁间距为4.5m，设置横向预应力钢束。主梁在中跨的中间部分及边跨的部分区段设置有纵向预应力钢束，采用OVM锚具及高强度低松弛钢绞线。主塔呈花瓶形，塔全高141.5m，塔身为矩形空心断面。拉索采用扇形双索面布置，梁上索距为9m，在塔上采用不等距排列，索距1.5～1.6m。每个索面中有24对斜拉索。锚具采用LM7型冷铸锚锚具。
主桥两个主墩基础根据地形及地质条件并结合施工难易程度作了不同的处理。2#墩采用Φ2.6～3.2m的变截面挖孔桩基础， 3#墩采用沉井基础。
该桥于1991年开始施工，1997年建成通车。
1.1.2 大桥现状
1997年建成通车后，发现在中跨主梁和主塔斜拉索锚固区出现了大量裂缝。
重庆李家沱长江大桥长期健康监测方案 当时，业主委托西南交通大学对全桥的裂缝进行了普查及成因分析，得到以下结论：
(1)主梁裂缝数量大。主要集中分布在2号墩16号锚箱至3号墩16号锚箱之间约150 m长度的中跨梁段，且主要分布在主梁底面及其内侧面上。裂缝走向以沿桥跨纵向为主。裂缝在侧面上的分布主要集中在自梁底面往上0. 20~1. 20m的高度范围内，梁体底面裂缝分布主要集中在锚箱两侧。主梁侧面裂缝深度大多在30~60 mm之间，最大深度97mm，间距大多在0.15~ 0. 45 m之间，最大宽度0.90 mm；主梁底面裂缝深度大多在20~40 mm之间，最大深度91 mm，间距大多在0.10~0.35mm之间，最大宽度0.56 mm。
(2)少数主梁节段梁底面的侧面上存在横向和竖向裂缝。裂缝宽度多在0. 10 mm以下，最大为0. 13 mm;裂缝深度一般在20~50 mm范围。从裂缝形态上看，此类裂缝属于混凝土收缩裂缝。
(3)横隔板及顶板裂缝主要集中在中跨2号墩侧C27~C31、C38~C39、C41~C43和3号墩侧C39~C41横隔板及其附近顶板上。裂缝多分布在横隔板与顶板之间的梗肋部位，并沿梗肋向顶板延伸。其它部位裂缝较少。横隔板裂缝方向以竖向为主，在横隔板与主梁结合部位有一些呈45度走向的斜裂缝；而顶板上的裂缝多为顺桥纵向裂缝，横向裂缝很少。裂缝宽度多数在0.10~0.30 mm之间，最大为0.65mm。横隔板裂缝长度多数不超过1 m，最长为1. 10 m。
(4) 2号墩上游塔柱裂缝主要集中在17~24号锚箱之间的区段，其它3个塔柱裂缝主要集中在20~24号锚箱之间的区段，裂缝基本上呈水平走向。在3号墩下游塔柱24号锚箱上侧，出现最长裂缝约15m。3号墩下游塔柱西南角南面裂缝深度多在30~60 mm之间，最大深度64 mm；其它位置的裂缝深度多在20~40 mm之间。
(5)主梁和桥塔混凝土裂缝为非结构性受力裂缝。 (6)既有裂缝不会影响桥梁目前的正常运营。
(7)考虑到梁体混凝土裂缝的数量、宽度、深度等均较大，部分裂缝已经深入到主筋以内，将会严重影响到桥梁的耐久性。
根据裂缝成因综合结论，当时对桥塔和主梁的裂缝进行整治，同时也对塔柱上封锚砼进行整治，以达到封闭裂缝、防止裂缝进一步扩展的目的。
2008年底进行的桥梁外观检查，反映出该桥目前主要缺陷有：