Page 27 - 网络电信2021年3月刊下

光纤光栅智能缆索在特大桥上的应用

1
1
2
2
1
王志刚 1，3 ， 周祝兵 ， 吉俊兵 ， 赵军 ， 赵霞 ， 强强 ， 吴琼 1
1. 江苏法尔胜缆索有限公司
2. 江苏法尔胜光电科技有限公司
3. 江苏东纲金属制品有限公司

摘要: 在缆索内部布置特制的光纤光栅应变及温度传感器，通过外接光纤光栅解调仪获得光栅的中心波长变
化，能够在线监测缆索整体的受力情况。在特大悬索桥主缆、吊索和主缆索股锚固区一体化布置光纤光栅应变及温
度传感器，成功实现悬索桥缆索一体化联网技术运用，传感器成活率高，能够满足长期桥梁健康监测的要求，为我
国实现智能桥梁奠定了研究基础。
关键词: 智能缆索; 光纤光栅; 应变传感器; 温度传感器; 悬索桥

主缆缆索是桥梁的重要传力构件，其安全性与可靠性至关 在主缆、吊索和主缆索股锚固区缆索中的布设问题以及传感器
重要。早期建成的绝大部分桥梁缆索在长期使用过程中出现的 的存活率与使用寿命等问题。首次实现悬索桥主缆、吊索和主
钢丝腐蚀、断裂等问题，一直未有可靠的检测和预报手段。随 缆索股锚固区受力部位一体化联网监测的研究。
着光纤传感技术的发展，2006年南秋明 ［1］ 等人提出了“光纤光
栅测力环的应用”，将光纤光栅应变传感器引入到压力环装置 一、西江特大桥缆索 FBG 传感系统
中，大大提高了压力传感器的防干扰能力和使用寿命，同年该 清云高速西江特大桥位于汕头至湛江高速公路清远至云浮
技术在系杆拱桥中进行了应用 ［2］ 。邓年春 ［3］ 等发明了一种新 段，按高速公路Ⅰ级设计，主桥为738m跨径的钢箱梁悬索桥，
型平行钢丝智能拉索，首次将光纤光栅传感元件埋植到环氧筋 双向六车道30m宽，设计时速100km/h。主缆采用预制平行钢丝
中，并在吊索中开展了研究和应用。2008年李宏男等人提出了 索股(PPWS)，每根主缆中，从北锚碇到南锚碇的通长索股有70
“结构健康监测光纤光栅传感技术”，使得光纤光栅传感技术 股，北边跨另设2根索背索，在北主索鞍上锚固。每根索股由
开始在土木工程领域的应用有了突破。随后，该技术在斜拉桥 127根直径为5.2mm的锌铝合金镀层高强度钢丝组成。普通吊索
斜拉索上进行了广泛的试验研究 ［4－8］ ，并且在国内多座斜拉桥 和加强吊索均采用 5.0mm的锌铝合金镀层高强度钢丝，钢丝标
上取得成功。但以上研究和实桥应用都是在拱桥和斜拉桥上， 准强度不小于1 770MPa，吊索规格分别为91－ 5和223－ 5。
在悬索桥吊索、主缆和主缆索股锚固区一体化监测的研究尚无 FBG传感器具有抗干扰能力强、无需供电、远程传输可靠性
相关报道。 高等优点，故选择FBG传感器用于缆索索力的监测。
笔者研究的光纤光栅应变和温度传感器(以下简称FBG传感 1．FBG智能吊索布设
器)布设于缆索锚杯区，通过内置在钢丝表面的FBG传感器受力 根据全桥吊索布控监测整体需要，布设位置分别为：跨中
情况反映缆索整体索力。结合计算机通信技术，可实现对缆索 4根，1/4跨中4根，塔边6根，1/2边跨2根，具体位置如图1所
索力的在线监测和设限报警等功能，而FBG传感器具有操作便 示。
利、使用寿命长、抗电磁干扰、节能环保等优点，系统解决了

网络电信 二零二一年三月 49