桥梁索缆结构安全性、耐久性评价体系与维护技术.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流桥梁索缆结构安全性、耐久性评价体系与维护技术.精品文档.桥梁索缆结构安全性、耐久性评价体系与维护技术报告简本1 研究目的近年，我国建造了大量的斜拉桥及悬索桥。斜拉桥的拉索和悬索桥的吊索（杆）作为主要的传力构件，其自身的安全性和耐久性对桥梁的整体性能有很大影响。已有数座使用中的桥梁发生过断索事故，造成惨重的经济损失和人员伤亡。如何正确评价斜拉桥索缆与悬索桥吊索（杆）及其锚固体系的安全性、耐久性，以对其进行及时的维护和更换，已成为桥梁管理部门和工程技术人员十分关注的问题。同时，在新桥的设计中考虑保证其耐久性的相应的措施并兼顾养护管理的需求也十分必

2、要。西部地区气候多雨高寒、地质状况复杂，索缆体系的安全性、耐久性问题更为突出并有其特殊性，因此，有必要对危及安全性、耐久性病害的成因机理、评估方法、检测养护和维修技术、设计理念的进行研究。本项目的主要研究目的在于：建立桥梁索缆评价体系、养护管理技术和设计理论方法，研究保证桥梁结构安全性与耐久性的对策，开发可检查式索缆及锚固体系，编写相关的技术指南，直接为桥梁工程服务，并为西部培养桥梁工程建设和维护管理的专业人才。项目研究分为以下8个专题：(1) 已建桥梁缆索及锚固体系安全性和耐久性存在问题调研；(2) 桥梁索缆结构安全性与耐久性评价体系研究；(3) 缆索及锚固体系检测技术研究；(4) 提高桥梁

3、索缆结构安全性与耐久性的对策研究；(5) 提高桥梁索缆结构安全性与耐久性的设计方法研究；(6) 缆索体系的养护、更换与管理技术研究；(7) 可检查缆索及锚固体系的研制开发；(8) 研究成果的工程应用。2 研究成果2.1 桥梁缆索及锚固体系安全性和耐久性病害调研及分析本专题报告详细介绍了国内外斜拉桥索缆体系的结构，对其中防腐体系进行了深入的调查和研究。在对诸多斜拉索的病害调研过程中，尽可能全面地汇总了每座桥的设计信息、使用寿命、病害现象和病因分析，建立了详细的图表资料。对可能引起拉索病害的每一个环节都进行了分门别类的详细讨论。将在实际工程中已经发生过的一些病害影响因素和可能发生的影响因素都一一列

4、出，并进行了病因分析。研究发现拉索的安全性和耐久性涉及诸多因素的共同影响，不能简单地用单一因素来一概而论。本研究本着铺开成面、深入一点的原则，对现行使用较多的高密度聚乙烯（HDPE）护套进行了深入的研究（图1-3）。图1 拉索病害索丝锈蚀、PE保护套开裂图2 拉索打盘储运、损伤高密度聚乙烯属于高聚物，不同于土木工程专业内其他的一些材料，它属于粘弹性体。它的力学行为不仅依赖于应力应变关系，也依赖于时间和温度，并且和环境等有着密切的联系。本研究从最根本的应力应变关系出发，逐步将时间和温度的影响纳入到计算模型中，最终建立了关于时间、温度、应力和图3 不良施工方法对拉索PE护套的损害应变的力学模型。在

5、此基础上，对贮运阶段拉索必不可少的打盘、开盘的过程进行了详细的粘弹性力学分析，对不同层次的贮运环境进行了类比。还对施工环节中可能出现的对拉索的短促施力过程进行了模拟，用该模型算出了在气温变化的情况下，HDPE的表观弹模的变化，并通过国外类似的试验进行了验证。最后得到了以下结论。（1）拉索在打盘和开盘时的速率是影响拉索在开盘后上桥张拉时HDPE初始应力的主要因素。单圈打盘和开盘速度与拉索安装到位后的初始PE应力之间存在着正比关系。即打盘速度和开盘速度越快，初始PE应力越高。（2）拉索的贮运时间和最后拉索安装到位后的初始应力关系不大，在正常温度下，一般贮藏十天以后拉索的PE层已经把应力松弛干净，后

6、续的时间长短对初始应力并无多大关系。但是如果贮藏温度过低，加上在贮运过程中发生了磕磕碰碰，导致拉索护套发生了初始损伤的话，那么这段时间很可能会发生持续低应力开裂现象。即使在几个月的时间内，低应力开裂现象并没有发生到宏观开裂的地步，也会造成银纹的出现，这对于拉索护套的耐久性极为不利。很有可能在拉索正常工作的1、2年内，初始损伤和疲劳应力的共同作用即会造成HDPE的宏观脆性开裂。（3）计算结果显示拉索的PE层并非处于无应力状态，而现行对拉索的评估都是以PE无应力假设为前提，这显然与实际情况不符。由于应力是老化的重要影响因素，所以仅用试验室中得到的PE材料老化寿命来作为实际拉索PE的寿命期会使对老化

7、寿命的评估偏高。本研究还进行了HDPE材料的疲劳老化试验。（4）施工过程中的拉拽牵引，经常使拉索护套PE层承受很大的应力，这些应力可能在弹性范围以内，也可能超过了弹性极限但是持续的时间较短。如果综合考虑温度对PE的影响，那么PE材料所受的应力很有可能会达到常温下的2倍左右，对应于常温的时间也大大增加。所以若是在天气寒冷的地方施工，建议把拉索的施工速度放慢，并且最好对拉索进行包裹保护，等到该施工工序结束，拉索最终受力稳定后再把临时包裹PE的保护层除去。2.2 桥梁索缆结构安全性与耐久性评价体系研究目前，我国尚没有一套关于桥梁缆索体系的安全性与耐久性评价体系，而交通工程建设的高速发展又迫切需要形成

8、这样的一套体系。本专题在完成了一些基础研究工作的基础上，提出了桥梁缆索体系的安全性与耐久性评价体系和方法，并编制了评价指南。评估方法主要包括两种，即评级方法和基于结构可靠度的方法。这里提出的评价体系及相关指南还是初步性的，要求在实际工程中应用和检验，并不断完善。（1）基于评级的评价方法本专题提出了基于ANFIS（Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System，自适应神经模糊推理系统）的桥梁缆索体系安全性耐久性评估方法(图4)；并开发设计了基于ANFIS的桥梁缆索体系安全性耐久性评估系统。主要研究工作包括：1)借助层次分析的思想，给出了桥梁缆索体系安全性耐久性的评估指

9、标，建立了斜拉桥和悬索桥的缆索体系状态评估体系，并结合国内外研究给出了评估结果的分级标准；2)将融合了模糊理论、神经网络及遗传算法优点的自适应神经模糊推理系统（ANFIS）应用到桥梁缆索体系状态评估中去，并以某斜拉桥拉索索丝工作状态为例验证了方法的正确性和实用性；3)借助MATLAB编制了桥梁缆索体系安全性耐久性的评估程序，程序界面友好、使用方便。图4 斜拉桥缆索体系安全性耐久性评估指标（2）基于结构可靠度的评价方法本专题以工程结构理论和既有结构可靠性理论为基础，提出了桥梁索缆系统可靠性评定的基本体系和方法。桥梁索缆系统可靠性评定的实质是对其未来时间里完成预定功能的能力的预测和评价，耐久性是安

10、全性、使用性中涉及材料性能退化的特殊内容，因此桥梁索缆系统可靠性评定的基本内容主要针对安全性和使用性，耐久性可通过第三种途径简介反映于安全性、使用性的评定。主要研究工作包括：1)针对桥梁索缆系统的结构特点，将桥梁索缆系统划分为索缆、区段索缆系统、索缆系统三个层次，将索缆安全性的评定归结为承载能力、构造两个项目，适用性的评定归结为缺陷和损伤、变形和振动、腐蚀三个项目，并且引入整体性能项目，以考虑索缆之间、区段索缆系统之间关系对安全性、适用性的影响，由此建立了统一的既有结构安全性、适用性评定的基本体系；2)缆索结构体系的安全性、使用性分级标准应以现行标准和规范规定或隐含的可靠度水平为基准，其等级的

11、划分应考虑结构满足现行标准和规范的程度，以及最终对既有结构采取的技术对策；3)提出了既有结构安全性、使用性评定的三种基本方法，即基于结构分析的评定方法，基于结构状态评估的评定方法，基于结构试验的评定方法，指出各自适用的场合，并且针对索缆系统安全性、适用性的评定，详细阐述了基于结构分析和基于结构状态评估的方法；4)根据耐久性评定的核心内容，提出索缆耐久性的评定方法和分级原则。该法以索缆当前状态为依据，同时考虑防护设施的设置和状态以及拟采取的维护和监控措施，是针对当前耐久性研究的状况而提出的一种实用方法。（3）斜拉桥缆索体系安全性耐久性评估指南目录1总则1.1索缆体系定义1.2索缆体系可靠性定义1

12、.3设计期可靠性与营运期可靠性1.4桥梁索缆体系安全性与耐久性问题的界定1.5已建结构安全性与耐久性分析路线方法1.6缆索体系状态评估的意义2索缆耐久性机理2.1拉索疲劳2.2拉索锈蚀2.3索缆防护体系PE护套耐久性机理3索缆状态评估体系3.1桥梁缆索体系状态评估指标及体系的确定3.2桥梁缆索体系状态评估结果分级标准的确定4桥梁索缆系统可靠性评定的基本体系和方法4.1概述4.2评定目的4.3评定内容和项目4.4评定标准4.5评定方法4.6索缆系统的综合评定4.7结语2.3 缆索及锚固体系检测技术研究对桥梁缆索进行及时有效的检测是保证结构安全的必要手段，对检测出的病害进行及时修复处理，可以大大延

13、长结构的使用寿命。桥梁缆索包括索体和锚具两部分，索体由钢丝或钢绞线外包防护层组成，锚具包括锚垫板、锚板和防护罩等配件。不同部分，材质组件不同，检查可操作空间不同，因此检测手段也是不一样的。 （a）传感器现场制作 （b）开发的磁弹仪（c）数据采集软件图5 磁通量传感器索力监测系统本专题首先针对桥梁缆索病害，总结了现有桥梁缆索的检测方法的原理特点与适用范围，包括目测法、电磁法、超声法、射线成像法、声发射法。在此基础上，重点研究了基于图像的缆索表面缺陷检测技术、磁通量索力监测技术（图5）、液压传感器索力监测技术和光纤监测技术，并探索了VMD拉索变形测量技术和声发射破损监测方法（图6）；提出了采用工业

14、内窥镜检测预埋管内缆索病害，采用自动机器人爬索摄像检测索体表面病害。本专题的研究开拓了一些新的方法，完善了缆索检测技术。 图6 拉索断丝声发射监测试验2.4 提高桥梁索缆结构安全性与耐久性的对策研究调查表明桥梁索缆结构产生病害涉及索缆设计、制作、运输、施工、养护等多方面的原因。目前工程上较多关注的是对在役桥梁进行日常养护，对已经出现病害的桥梁缆索进行维修更换，虽说亡羊补劳，犹未为晚，但未雨绸缪，方能防患于未然。本专题首先研究了缆索设计、制作、运输、施工和养护等各个环节的提高安全性耐久性的对策，提出了相应的措施和建议。针对索缆结构安全性和耐久性的两大主要影响因素，即振动疲劳和锈蚀，研究了拉索振动

15、控制技术、具有良好耐久性的钢绞线索整束挤压锚固技术和主缆除湿的防锈蚀技术。拉索振动控制技术的研究包括一种新型粘性剪切型阻尼器（图7）的开发和阻尼器减振设计理论的研究。新开发的阻尼器良好地解决了已有的油阻尼器和粘性阻尼器的密封性问题，具有良好的耐久性能，阻尼器的振动耗能特性稳定，基本不受温度变化影响。此外，还进行了阻尼器设计理论和阻尼器斜拉索体系的实索减振试验研究。研究表明，阻尼器非线性、支架刚度等因素对拉索阻尼器的减振效果均存在不同程度的负面影响。因此，在阻尼器的优化设计过程中，要给予充分考虑。橡胶密封圈阻尼器材料腔芯轴 （a）新型粘滞剪切型拉索阻尼器 （b）实索减振试验图7 拉索减振阻尼器目

16、前常用的钢绞线群锚拉索，虽然索体单独防腐效果比较好，但锚具现场组装，除了其锚固效果受现场施工情况影响较大外，锚头由于构造的原因其防腐性能也令部分工程人员担心。本专题成功地研制了整束挤压式钢绞线拉索体系（图8）。该拉索体系对钢绞线整束挤压夹持，具有锚固可靠、结构尺寸紧凑和隔离防腐等优点，大大提高了拉索的耐久性。图8 整束挤压式钢绞线拉索的水密性试验后试样悬索桥主缆是不可更换的重要构件，对其防锈蚀传统的手段更多地侧重于防护。本专题研究借鉴国外的经验，在润扬大桥上采用了除湿防腐系统（图9），这一技术的基本思想是：采用主动措施从根本上改变缆索体系的温湿度环境，从而防止病害的产生和恶化。由于我国以前还没

17、有采用过此类技术来对缆索体系进行养护，因此这一技术的成功运用及相关成果的推广对于改善在役桥梁的安全性耐久性现状具有重要的工程意义。 （a）除湿原理图 （b）送气设备布置图图9 悬索桥主缆除湿系统2.5 提高桥梁索缆结构安全性与耐久性的设计方法研究本专题在总结现代桥梁索缆体系设计理念的基础上，从缆索体系的构造特性出发，研究提高安全性与耐久性的设计技术，提出了以下建议：1) 缆索主要由索体与锚具组成。索体主要由受力部分的钢丝与防护系统组成，缆索使用寿命的长短取决于其组成各构件中寿命最小的部分。从众多工程实例来看，缆索最先产生破坏的部分大多数为外防护系统，其原因是多方面的，但主要是使用阶段的高应力以

18、及外防护系统在自然环境中的老化。从已建成工程实例来看，除部分悬索桥的主缆使用寿命已可与桥梁设计使用寿命相同外，绝大部分斜拉桥的拉索与中、下承式拱桥吊杆的使用寿命均为1015年，远小于桥梁100年的设计使用寿命，为使桥梁在使用期内其正常使用功能得以保障和加强，就要求缆索具有可检性，可修性，可调节性，可换性，可强性。2) 缆索防腐系统设计时应充分考虑桥梁所处环境和气候条件，选择合适的环境、抗紫外线、抗老化性能好防腐材料，提高缆索自身防护能力和使用的耐久性。3) 索体在设计时应充分考虑其所受的设计内力，其安全系数的取值应慎重，以确保索体正常使用的安全性。4) 设计时对较长的缆索，应充分考虑缆索的几何

19、非线性，使缆索理论计算与实际受力状况相吻合。对极短吊杆的使用，要充分考虑到角位移造成的次应力效应，设计时应采用必要手段予以消除或减轻，以避免断丝的过早出现，确保缆索的安全性。5) 因各种原因，缆索索力在运营阶段会发生变化，为使实际索力与设计索力相符合，确保缆索使用的安全性，在缆索结构设计时应考虑设置便利的调索装置。6) 绝大多数缆索寿命均小于桥梁设计使用寿命，必须经历换索过程，设计时应考虑到换索的可能。7) 由于索体为高强度材料，对自身的缺陷也较敏感，同时长索自由长度内钢丝和钢绞线的缺陷出现的几率增加，使得自由长度内的破坏可能性也增加，因此设计时要有足够的重视。8) 设计时应选择合理的索体外形

20、、阻尼系数，提高缆索自身的抑振能力。9) 索体的疲劳试验是在实验室内进行的，与其在运营阶段的工作环境有很大差异，因此，设计时在疲劳安全系数、疲劳设计应力幅的取值，要有足够的慎重。10) 应优选易检查、易维护、易更换、抗疲劳性能好、防水性能好的锚头，以确保拉索使用阶段的耐久性、安全性。11) 对与缆索相关的防排水系统设计要有足够重视，以减少外来水分对索体的侵害。12) 重视缆索监测系统的设置。监测系统可对拉索的索力从施工到运营的全程进行长期监控，提供一系列连续的、可靠的、准确的数据，为今后索体评估、换索提供准确的依据。2.6 缆索体系的养护、更换与管理技术研究本专题在介绍目前钢绞线拉索类型的基础

21、上，针对三种不同类型拉索分别研究了养护和更换技术，平行钢绞线缆索体系可采用单根钢绞线换索法或整体换索方法换索；钢绞线群锚成品索体系必须采用整体换索方法换索；钢绞线整束挤压拉索体系可采用自具特点的换索法。拉索PE容易开裂，开裂后建议采用缠包热缩带法进行修复。斜拉索的更换技术是保证斜拉桥耐久性的安全性的关键环节，平行钢丝拉索的更换技术从可更换的平行钢丝拉索的结构、需更换的拉索的工作状况的分析评估、新的斜拉索的设计与制作、换索施工工艺、换索施工监控、斜拉索更换后的试验与检验等等六个方面进行研究，从而保证了整个桥梁的生命周期内主要受力构件斜拉索服役的可持续性和可控性，提高了大跨度斜拉桥的耐久性和安全性

22、。2.7 适用于西部可检查缆索及锚固体系的研制开发缆索及锚固体系的主要病害是锈蚀，评定缆索安全最重要的一个方面是根据锈蚀程度来进行评定。目前检测锈蚀程度也缺乏有效的方法，主要还是依赖人工检查。人工检查缆索锈蚀必须要保证可目测，或通过某种手段使可目测可触及。目前的缆索常部分处于高空中，外面都有防护层保护，部分处于预埋管内，欲进行检查也比较困难。研制可检式缆索，应首先建立检查通道，然后将一些防护配件做成透明化或可拆卸，还可以直接预埋一些传感器元件，将缆索信息传递出来，进行检测。缆索荷载的测量，可以直接通过安装传感器进行测量。传感器的安装需要考虑，装配条件、融合方法、测量精度和耐久性。最好能建成自动

23、化监测系统，减少人工检查的工作量，还可以对一些异常情况进行预警。本专题的主要研究成果总结如下：1) 缆索的可检性可从两方面考虑：一是建立方便的检查通道和检测手段，另一方面是对缆索进行透明化处理，使其可检。在拉索锚头上的保护罩上预留可观测的窗口（图10），制成可观测保护罩。缆索的外罩采用哈弗(half) 外护套（图11），是日后打开观测容易。在预埋管上预留观测孔，以伸入内窥镜检查。2) 缆索自动化监测系统的基本要求是：实用、可靠、先进和经济。结合桥梁实际情况，从振动频率法、电阻应变片、振弦式压力传感器、液压式传感器、光纤光栅传感器、磁通量传感器等中选择监测方法。3) 缆索索力自动化监测系统的采集

24、方式可分为三类：即集中式、分布式和混合式。分布式将采集装置分散布置在靠近仪器的地方具有较大优势。4) 采集仪、采集站与监控中心之间，可通过光纤通讯、无线通讯、电话通讯、因特网通讯等方式，实现数据交换。5) 缆索监测系统应包括工程概况、参数设置、数据采集、历史数据、系统管理和系统帮助等几个部分。图10 锚头可观测的保护罩图11 索体可开启式哈弗（Half）管2.8 研究成果的工程应用项目原定依托工程项目为3项，分别为南宁市邕江白沙大桥（图12）、湖南株洲建宁桥和江苏润扬长江公路大桥。实际研究过程中，项目研究成果按原计划顺利应用到白沙大桥和润扬长江公路大桥上。而建宁桥因工期原因，后来取消了将其作为

25、依托工程的计划。除此以外，由于各方的积极配合，又新增了南宁隆安花周大桥等18座桥梁作为本项目的依托工程，因此最后共有20座桥梁应用了或正在应用本项目的研究成果（表1）。（a）换索现场 （b）盘卷设备（c）预备换索 （d）缆索进入套筒图12 白沙洲大桥换索工程表1 依托工程情况表依托工程计划研究内容进展情况南宁市邕江白沙大桥上下锚头的渗水原因分析、吊杆防护层破损检测、吊杆钢丝锈蚀检测、锚具检测、吊杆系统技术状况评定、病害处理与维护建议、及换索维修工程。已完成湖南株洲建宁桥防腐性能检测、拉索钢丝锈蚀检测、锚具检测、拉索系统技术状况评定。完成研究的初步方案江苏润扬长江公路大桥吊索的防腐性能检测、锚具

26、检测、吊索系统技术状况评定及除湿防腐技术研究。已完成南宁隆安花周大桥安全性、耐久性监测及设计已完成四川攀枝花大桥斜拉索技术状况调查和评估已完成湖南湘潭三桥斜拉索技术状况调查和评估已完成柳州四桥索的更换已完成天津永和大桥索的更换已完成邕宁邕江大桥吊杆的更换已完成四川泸州大桥安全性耐久性监测已完成成都北三环立交桥安全性耐久性监测已完成湖南浏阳河桥传感器和拉索监测系统运行已完成浙江舟山西堠门大桥传感器和拉索监测系统运行已完成上海徐浦大桥PE保护套应力水平检测及索力检测已完成江西吉安赣江公路大桥磁通量传感器应用已完成江西新余大桥磁通量传感器应用已完成广州中山桥磁通量传感器应用已完成天津富民桥光纤监测技

27、术用于拉索监测已完成南宁三岸邕江大桥磁通量传感器采集系统运行已完成四川宜宾大桥磁通量传感器采集系统运行已完成浙江姚东大桥斜拉索防腐保护研究，拉索防水罩密封及耐久性试验。进行中3 主要技术成果（1）对已建桥梁缆索病害进行了综合全面的调研和总结桥梁缆索及锚固体系病害及其产生机理是本项目研究的关键，结合我国西部等地区的特点进行完整充分的病害调研分析，关系到后续研究能否顺利展开。因此本项目对国内外在缆索及锚固体系安全性和耐久性研究的现状和存在的问题进行了全面的调研和总结，在认真研究斜拉桥拉索体系构造特点的基础上，分析了影响斜拉桥安全性和耐久性的主要因素，对导致病害的各种原因进行了详细分析和归纳总结，这

28、方面的研究工作为后续研究奠定了良好的基础。（2）建立了桥梁索缆结构安全性与耐久性的评价体系索缆结构安全性耐久性评价体系的建立是本项目研究成果能否服务于实际工程的关键。项目之专题二研究了桥梁索缆结构安全性与耐久性的评价体系的总体方案、评估体系和预测体系的框架设计、主要分项内容的评价指标权值设计、以及基于软计算算法的评估方法。进而编制了桥梁索缆结构安全性、耐久性的评估体系和设计指南。（3）开发出智能型可检式索缆与锚固体系实现智能型可检式索缆及锚固体系是从本质上提高结构安全性与耐久性性能的重要手段之一。本项目研究成功研制了可检查缆索及锚固体系，采用内窥镜伸入在缆索上预设的观测孔，从而实现了对缆索内部

29、状况的检查。在此基础上还进一步研究了自动化检测技术，并开发了相应的监测系统软件。（4）分析了高密度聚乙烯拉索护套的耐久性影响因素及作用机理高密度聚乙烯（HDPE）拉索护套的耐久性分析是本项目研究的难点之一，原因在于全面的分析研究将涉及缆索生产的各个环节，并依赖于力学、材料科学、生产工艺等多个领域的知识。这一工作的成果有助于从本质上认识HDPE护套损害的根本原因，对于改进缆索体系的生产、贮运、施工和养护工艺，从而提高其耐久性具有重要意义。本项目进行了HDPE 材料包括生产、贮运、绞盘、开盘及运营环节在内的全过程耐久性性能分析和试验研究。内容涉及：HDPE 材料基于四元件模型的粘塑性分析，绞盘过程

30、的时变力学模型建立和绞盘速度与盘轴设置可能对PE 护套造成的损害，绞盘后的应力松驰分析，以及HDPE材料的老化、疲劳试验。这些研究成果使得对HDPE材料耐久性性能及影响机理的了解更全面深入，从而对于解决缆索体系安全性耐久性方面存在的问题明确了方向。（5）多种实用型传感器的研究取得成功项目研究表明缆索体系的安全性耐久性问题涉及到多种因素，传统的传感器技术已不能充分满足结构运营过程中监测的需要，因此，开发实用型传感器并通过实际工程检验其效果并加以改进是项目成果投入实用的关键。本项目研究开发了多种实用型传感器，主要有：1）磁通量传感器及配套的智能化监测软件所开发的磁通量传感器为非接触性测量设备，具有

31、不损伤结构，不破坏索体原有PE 保护层，传感器维护成本低、使用寿命长（年限50年以上），抗干扰能力强、测量精度高、重复性好，实现了自动化检测等特点。2）高精度的磁弹仪便携式磁弹仪自身带有操作平台及LCD 显示器，能实现16 个通道测量，可直接操作读数，也可通过仪器上的通讯接口与计算机系统相连，实现自动数据采集或远程操控。3）FRP 封装光纤传感器在制作FRP 筋过程中将光纤传感器埋入FRP 中，制成了FBG-FRP 筋。4）基于智能筋的光纤光栅智能索样品加工时，将制成的FBG-FRP 筋放入索体中，并安装锚具制成成品索，得到光纤光栅智能拉索。研究出一种较简单的布设方式，使智能筋与拉索中的平行钢

32、丝或钢绞线等长等直径，利用锚具内的环氧砂浆固定FRP 筋的两端。在索力作用下，智能筋与平行钢丝协调变形，利用光纤光栅传感器感知拉索的应变，进而得出拉索应力及索力。试验结果表明光栅传感器测量得到的应变与锚固力传感器测出的应力（可以认为是拉索的实际应力）之间的线性关系非常好，试验结果的重复性也非常好，完全能满足传感要求。（6）开发了新型拉索减振阻尼器项目组研制了一种新型粘性剪切型阻尼器。通过改进阻尼器构造，良好地解决了已有的油阻尼器和粘性阻尼器的密封性问题；对该阻尼器进行了性能试验，建立了可供设计使用的力学模型。试验研究还表明，该阻尼器的耐久性能良好，工作性能稳定，阻尼器的振动耗能特性基本不受温度

33、变化影响。特别值得注意的是，用于密封的橡胶套圈在疲劳试验中未出现开裂、硬化等现象，阻尼器未出现漏油等问题。橡胶密封套圈良好的解决了密封问题的同时也表现出比较好的工作性，这对实际应用于工程实践中是十分有意义的。此外，还进行了阻尼器设计理论和阻尼器斜拉索体系的实索减振试验研究。研究表明，阻尼器非线性、支架刚度等因素对拉索阻尼器的减振效果均存在不同程度的负面影响。因此，在阻尼器的优化设计过程中，要给予充分考虑。（7）实现了悬索桥主缆除湿防腐系统传统的手段更多地侧重于防护，本项目研究借鉴国外的经验，在润扬大桥上采用了除湿防腐系统，这一技术的基本思想是：采用主动措施从根本上改变缆索体系的温湿度环境，从而

34、防止病害的产生和恶化。由于我国以前还没有采用过此类技术来对缆索体系进行养护，因此这一技术的成功运用及相关成果的推广对于改善在役桥梁的安全性耐久性现状具有重要的工程意义。（8）提出了提高缆索体系安全性耐久性的设计理念和方法通过对桥梁病害的分析，总结了对缆索耐久性产生不利影响的主要因素。提出不同的结构选型对索缆体系的安全性和耐久性会产生不同的影响，如短吊杆的影响、索缆防水设计的影响、以及施工气象的影响等，需要在桥梁结构设计阶段给与考虑。同时，结构设计还应考虑未来调索及换索的需求，要设计可调索、换索的构造措施，并预留索缆增强的可能。此外，设计还要考虑便于拉索的检测系统的安装和实施。考虑缆索体系安全性

35、和耐久性的设计应具有可检性，可修性，可调节性，可换性，可强性。4 创新点项目研究的创新点主要体现在以下几方面：1）系统总结提出了桥梁缆索结构在安全与耐久性方面存在的问题及病害；2）构建了桥梁缆索结构安全与耐久性评价指标体系与评定方法，提出了提高桥梁缆索结构安全与耐久性设计理念，编制了相关技术指南； 3）探索了缆索及锚固体系无损检测技术，自主研发了磁通量检测仪表，提出了工程检测方法；4）自主研发了新型斜拉索减振装置，实现了缆索结构隐蔽部位的可视化检查。5 经济社会效益桥梁索缆结构的病害可能危及桥梁整体的结构安全性和耐久性，在桥梁使用寿命内进行换索不仅费用昂贵，还由于施工造成交通中断会带来间接的经

36、济损失。如果由于索缆的断裂带来桥梁的安全事故，更会造成直接的财产和生命损失，以及恶劣的社会影响。本项目关于西部依托工程所开展的缆索与锚固体系的病害调查、检测、防治、监控等方面的研究成果，对于提高结构的安全性与耐久性、避免安全事故、延长使用寿命、降低工程造价、节省运营与养护成本方面产生了直接的经济效益。此外，在涉及桥梁索缆结构安全性和耐久性评价体系、设计、对策、检测技术、养护更换管理技术、体系开发、及其在依托工程上的应用等方面的成果，对于有效保证大型桥梁缆索与锚固体系的健康安全，保持西部公路网线的通畅，服务国家的西部发展战略也产生了间接的经济和社会效益。所获各项成果除了对一些西部的依托工程项目有

37、帮助外，还对国内其它地区的桥梁安全性和耐久性产生了积极的影响，这一意义已超出了立项时的预期。最后，本项目的实施过程中，在为西部地区培养桥梁建设和管理的专业人才和加快西部地区的经济建设等方面也产生了推动作用。6 成果成熟度分析（1）病害调研本项目进行了比较全面的病害调研工作，范围涉及中、日、美、欧等国家和地区的众多桥梁缆索体系。在总结国内外的已有分析成果的基础上，结合我国西部地区特点整理而成的病害调研专题报告充分反映了目前桥梁缆索体系病害的实际情况，可供实际工程参考。病害方面的有关成果对于本项目所研究的评估体系具有指导意义。（2）评估体系与指南本专题研究成果是初步的，有关体系的建立，各项指标及其

38、权值的确定，使用指南的制定等，均有待在今后的研究与实践中进一步改进。（3）缆索及锚固体系检测技术本专题涉及多种新型检测技术，有些已在多次工程应用中得到改进，并取得成功，如：内窥镜检测技术、磁通量传感器测索力技术、液压传感器索力监测技术、光纤光栅索力监测技术等，这些都已达到成熟应用的水准。另一些如VMD拉索变形测量技术及声学测量技术在实际工程应用上目前还存在一些局限性，进入成熟应用尚有待进一步研究。（4）提高桥梁索缆结构安全性与耐久性的对策本专题研究针对提高桥梁索缆结构的安全性与耐久性提出了包括缆索研制、设计、制作（包括整束挤压制作技术）、运输、施工、养护、减振及主缆除湿防腐等方面全方位的对策，

39、多数方面的成果达到成熟的水准，并已在实际工程中得到应用。（5）安全性与耐久性的设计方法方面本专题研究基于现代桥梁索缆体系的设计理念，考虑了结构选型对索缆安全性、耐久性的影响，结构设计对未来调索及换索的影响，以及常用索缆检测系统设计等因素。这方面的研究成果有待经受实际工程的检验，目前尚未在规范中体现。（6）缆索体系的养护、更换与管理技术方面本专题研究的养护、更换与管理技术主要针对钢铰线缆索体系和平行钢丝拉索体系，这方面的成果已在工程中得到充分应用，取得较好的效果，因此可以认为对研究所涉及的几类缆索体系所取得的成果较为成熟。（7）适用于西部可检查缆索及锚固体系的研制开发本专题在可检查拉索系统的研制

40、，自动化监测，以及监测系统软件开发方面均取得了较大的进展，研究成果成功用于数座实际桥梁工程，可以认为达到比较成熟的水准，今后需要在检测内容与检测技术方面进一步拓广。7 总结与展望桥梁索缆结构安全性、耐久性问题是一个综合性很强的研究课题，不仅涉及到桥梁工程中包括设计、施工、监/检测、养护、更换与管理的诸多方面，还与缆索制作、贮运、安装和维护的所有环节密切相关。对这一问题的有效解决需要综合运用工程学、材料学、环境科学、信息科学、管理科学、传感器技术等领域的知识，还需要结合高校、企业、研究院所与设计单位的综合优势进行全面研究，并在实际工程实践中进行成果检验。本项目对包括病害调研、评估体系与指南、检测

41、技术、安全性耐久性对策、设计方法、养护更换管理技术、可检式缆索及锚固体系研制开发等诸多专题进行了全面深入的研究，并将研究成果用于20座实际依托工程桥梁，取得了丰富的创新性成果。并在项目研究基础上，形成了初步的索缆体系安全性耐久性评估指南，这些成果的取得对于改善我国桥梁结构的安全性、耐久性现状，提高缆索体系桥梁的使用寿命具有重要的现实意义，并对发展我国西部交通建设事业和促进国家的经济建设具有深远的战略意义。本项目的研究工作许多方面还只是初步的，在项目研究的基础上，今后值得进一步关注的研究课题还有：安全性与耐久性评价体系与指南的建立与完善；HDPE材料耐久性和老化疲劳影响因素；安全性与耐久性设计方法；缆索体系检测技术；拉索减振技术等。