大跨桥梁缆索索力智能感知成套解决方案

文/ 供图 | 交通运输部公路科学研究院

我国数十年的高速发展建造了规模庞大的基础设施，索类桥梁中，拉（吊）索是主要的受力构件之一，其长期面临环境侵蚀与荷载作用，逐步进入病害爆发期。如何实现耐久性好、精度高、成活率高、可原位计量的国产自主传感技术是当前存在的痛点问题。

由交通运输部公路科学研究院牵头，联合广西科学院、重庆大学、柳州欧维姆结构检测技术有限公司3家单位，历经数年，发挥各自优势联合攻关，针对不同应用场景开展了多种缆索索力测量技术的研究，研发了不同类型的索力测量传感器及计量校准装置，构建了桥梁索力标准环境与复杂环境深度融合的多要素准确保障体系，形成了大跨桥梁缆索索力智能感知成套技术。

该项目研发了缆索锚固区光纤光栅应变筋植入的智能感知方法，提出了金属化黏接的解决方案，突破了普通量程FBG传感器无法实现缆索大索力测量的瓶颈；揭示了影响力磁耦合关系的关键因素及变化特征，提出了磁弹索力传感器的力磁温多场交叉耦合的理论方法，解决了复杂环境大直径拉索高精度索力测量的难题；研发了适配多型号拉索的磁通量传感器、光纤光栅传感器、智能感知拉索、多路集线设备、磁弹仪及采集软件等成套技术，突破了核心仪器国产化的瓶颈；发明了一种双旁路励磁的标准传感器结构，制定了桥梁索力量值溯源框图，构建了桥梁索力标准环境与复杂环境深度融合的准确度保障体系，填补了索力量值溯源体系的空白。

该项目技术在重庆大佛寺长江大桥、平南三桥、重庆寸滩长江大桥、埃及Rod EI Farag桥、印度ZUARI桥等国内外100多座桥梁工程中实现规模化应用；同时也扩展应用到“中国天眼”FAST索网索力监测、新疆哈密景峡风力发电场超高预应力混凝土塔筒、LNG储罐等超大工程中。近3年，项目共完成与大跨桥梁缆索索力智能感知成套技术研究及应用相关的新增销售1.117亿元。该项目4种先进传感器可广泛应用于类似工程，在推动行业进步的同时，近3年累计带动上下游相关行业的发展，产生间接经济效益近10亿元。该项目研究成果的应用通过确保监测设备的准确性，减少了定期维护成本，做到了定点维修，间接节约了经济成本，社会经济效益十分显著。

双旁路励磁传感测量系统结构图

该项目研究成果已获得授权发明专利6件、实用新型专利13件，索力标准计量系统获得国家法定授权，发表论文31篇（SCI/EI收录15篇），形成行业标准两部，出版专著1部。项目组针对国内外常用索力测量方法的缺陷，通过传感器技术革新，使得同类传感器检测精度明显提升；通过传感器新型封装工艺，极大提升传感器的使用寿命，满足缆索长期健康监测的需要。项目成果能够为工程应用提供技术支撑，满足用户需求，在国际桥梁结构健康监测领域处于领先地位。

项目研究成果打通了桥梁安全性能关键指标的溯源路径，使检测结果可靠性得到保障，有效保障了既有缆索索力的准确度，从而提升了桥梁结构的安全性。项目在全国范围内开展索力监测设备的计量，有效地提高了索力监测设备测量结果的有效性。