珠江黄埔大桥南汊悬索桥施工监控系统总体框架

1、珠江黄埔大桥南汊悬索桥施工监控系统总体框架袁帅华1 陈红1,2 张太科2 孙斌1 肖汝诚1 （1 同济大学桥梁工程系, 上海，2000922 广州珠江黄黄埔大桥建设设有限公司，广东，广州，55107300）关键词：悬索桥桥，施工监控控，网络，智智能1 工程概况珠江黄埔大桥南南汊主桥为单单跨双索面钢钢箱梁悬索桥桥，主跨11108m（图图1）。主缆分跨为为290m+1108mm+350m，采采用预制平行行钢丝索股（PPPWS）。主主缆主跨理论论垂度为1110.80mm，矢跨比11/10。两两根主缆中心心距为36.5m。主缆缆钢丝采用公公称直径为55.20mmm、公称抗拉拉强度为16670MPaa的

2、高强度镀镀锌钢丝。每每根主缆中，从从北锚碇到南南锚碇的通长长索股有1447股，北边边跨另设6根根背索，南边边跨另设2根根背索，均在在主索鞍上锚锚固。每根索索股由1277根钢丝组成成。吊索间距距为12.88m，采用镀锌钢钢丝绳，每侧侧吊点设置22根吊索。钢钢丝绳公称直直径为56mmm，结构形形式为855SWSS+IWR，公公称抗拉强度度为17700MPa。吊吊索与索夹为为骑跨式连接接，与加劲梁梁为销铰式连连接。主梁为为流线形扁平平钢箱梁，截截面中心处梁梁高3.5mm，全宽41.69m，主主梁安装采用用吊装拼装方方法施工。悬悬索桥梁段总总数为87个个，其中标准准梁段为833个，合龙段段2个，特殊殊

3、段2个。标标准梁段长112.8m，标标准吊装重量量约215tt，最大吊装装重量为2330t。主塔塔为门式框架架结构，索塔塔总高度为1190.4776米，塔柱柱为混凝土空空心薄壁断面面。共设置上上、下两道箱箱形断面横梁梁，均为全预预应力结构。南南、北锚碇均均采用重力式式锚，下设地地下连续墙。图1 珠江黄黄埔大桥南汊汊悬索桥总体体布置图2 施工监控系系统结构珠江黄埔大桥南南汊悬索桥的的规模、跨径径处于中国前前列，施工控控制对保障该该桥的顺利建建成具有极其其重要的意义义。传统施工工控制技术计计算比较粗糙糙、自动化程程度不高、反反馈周期长、费费时费力，为为满足该桥对对施工监控的高精度度、高效率要要求，

4、本悬索索桥采用基于于网络的智能能施工监控系系统进行施工工监控。珠江黄埔大桥南南汊悬索桥施施工监控系统统结构框图如如图2所示。该施工监控系统由三个分系统组成：数据采集分系统、数据双向传输分系统、计算分析与控制决策分系统。各分系统之间的流程（图2）是：把悬索桥施工监控所需信息，包括桥梁荷载信息、几何信息、应力信息等通过数据采集系统采集，以Internet网络和通信网络为媒介，通过网络信息的双向传递、查询，将信息实时汇总于桥梁施工控制中心，经过智能化的计算分析与智能化、实时化的控制决策，向悬索桥发出网络施工控制指令。珠江黄埔大桥南汊悬索桥施工监控系统珠江黄埔大桥南汊悬索桥施工监控系统数据采集分系统数

5、据双向传输分系统计算分析与控制决策分系统图2 珠江黄黄埔大桥南汊汊悬索桥施工工监控系统结结构框图3 数据采集分分系统珠江黄埔大桥南南汊悬索桥施施工监控数据据采集分系统统的结构框图图如图3所示示。悬索桥施工监控数据采集分系统悬索桥施工监控数据采集分系统线形监测索力监测应力监测温度监测主塔线形猫道线形主缆线形索夹位置主梁线形索股张拉力吊杆张拉力主塔应力主梁应力主塔温度场猫道索温度主缆索股温度主梁温度场风力监测桥址风力图3 数据采采集分系统的的结构框图珠江黄埔大桥南南汊悬索桥主主跨超千米，施施工监控数据据采集项目繁繁多，每个工工况若全部采采用人工采集集数据，将花花费很长时间间。为尽可能能提高施工监监

6、控效率，同同时也为最大大程度保证各各种数据的采采集处于同一一状态、环境境中，最大程程度地减小数数据采集的误误差，本悬索索桥引入数据据高速采集系系统进行施工工监控。根据目前数字传传感器及相关关设备的发展展状况，悬索索桥施工监控控中的索力监监测、应力监监测、温度监监测采用数据据高速采集系系统，而线形形监测与风力力监测仍采用用人工采集。本数据高速采集集系统是一种种功能强大的的分布式全自自动综合静态态数据采集系系统，由上位位机（计算机机）、采集单单元、系统软软件等组成，采采用无线手机机数据通讯模模式，将手机机模块、单片片机控制电路路、电源控制制电路设计组组成一个标准准的无线数据据终端，并将将无线数据终

7、终端嵌入无线线收发仪和现现场采集单元元的密封箱中中，完成现场场数据与监控控室远程无线线数据传送。数据高速采集系系统测点布置置与采集箱的的位置如图44所示。（圆点表示采集集箱，表示主缆温温度测试断面面，短粗线表表示塔梁应变变温度测试断断面）图4 数据高高速采集系统统测点与采集集箱布置示意意图主塔应变温度测测试选取塔柱柱的底部截面面、塔梁交界界区底部截面面以及塔顶部部等3个断面面作为应变温度监测断面面，每个断面面埋设6个应应变温度传感器。钢箱梁应变温度度测试是将钢箱梁主跨88等分，选取取其中5个等等分截面作为为钢箱梁应变温度监测断断面，每个断断面设置6个个应变温度传感感器。主缆纵向温度场场测试点布

8、置置在单侧主缆缆的边跨2分分点处和主跨跨4分点处，全全桥共9个测测试断面，每每个测试断面面布置18个测点。每根主缆选取77根索股作为为永久张力测测点，一根主主缆选择黄埔埔侧锚碇处进进行监测，另另一根主缆选选择番禺侧锚锚碇处进行监监测，全桥共共14个测点点。采用锚索索计实时监测测这7根索股股的张力与该该点处的温度度。实时监控数据采采集箱布置位位置为：主塔塔应变温度数数据的采集箱箱布置在主塔塔下横梁上，每每个主塔各一一个；主缆温温度数据的采采集箱共布置置三个，分布布在主塔塔顶顶与主缆的跨跨中部位；钢钢箱梁应变温温度传感器的的导线在靠塔塔的断面接入入主塔下横梁梁的采集箱，靠靠主跨跨中部部位的导线则则

9、接入跨中的的采集箱，与与主缆温度场场的采集箱共共用；主缆索索股张力的采采集箱则布置置在南北两个个锚碇里，共共两个采集箱箱。4 数据双向传传输分系统数据双向传输分分系统的功能能是将在悬索索桥施工现场场采集的施工工监测数据通通过某种方式式实时远程传传输到施工控控制中心，供供施工控制中中心分析，施施工控制中心心分析后，将将分析结果及及控制指令以以同样方式传传输到施工现现场。珠江黄埔大桥南南汊悬索桥数数据双向传输输网络系统的的结构图如图图5 所示。在所有布置置的传感器中中，从传感器器到工控机的的信号现场传传输采用有线线传输，然后后通过无线收收发仪利用移移动通信网络络系统传输到到远程控制中中心的无线收收

10、发仪，进入入上位机进行行数据处理与与分析。控制制中心分析后后，将控制指指令以同样方方式传输给施施工现场。交 换 机交 换 机无线收发仪施工现场无线收发仪上位机无线收发仪控制指令接收单位数据高速采集系统施工控制中 心网 络图5 数据据双向传输网网络系统结构构图5 计算分析与与控制决策分分系统计算分析与控制制决策系统是是基于网络的的悬索桥智能化化施工控制系系统的核心。它它承担着整个个施工监控过过程中的计算算、误差分析析、参数识别别与控制预测测的任务。为适应计算分析析与控制决策策的全过程自自动化与智能能化处理，此此系统采用如如图6的系统结构构图。计算分析与控制决策系统数据库系统计算分析与控制决策系统

11、数据库系统结构计算系统控制专家系统报表文件系统主塔计算主缆计算钢箱梁吊装计算知识库推理机实测值理论值施工监控指令表施工监控阶段总结索夹位置计算吊索长度计算猫道计算图6 计算分分析与控制决决策系统结构构图5.1结构计算算系统结构计算系统功功能主要是指指悬索桥施工前前的理论计算算与施工开始始后需调整参参数或施工方方案时重新计计算功能，生生成各种理论论控制参数。该该系统主要包包括：5.1.1主塔塔计算计算主塔在其施施工过程中各各节段的纵横横向预偏量以以及预抛高，并并计算其应力力分布。5.1.2猫道道计算计算猫道承重绳绳、门架绳、扶扶手绳的下料料长度、线形形、索力及垂垂度调整量。5.1.3主缆缆计算计

12、算成桥状态各各跨主缆的水水平分力、竖向分力、线形；精确计算考虑索鞍鞍内曲线线形形后主缆的形形状长度、无无应力长及伸伸长量，给出出成桥状态索索鞍与主缆的的切点、切线线角等；计算算基准温度下下空缆线形，给给出索鞍的理理论预偏量；计算主缆索股无应力下下料长度；计计算基准索股股的线形，一一般索股与基基准索股的相相对高差及锚锚跨张拉力；主缆索股架架设完毕后根根据实测空缆缆线形反算主主缆各跨无应应力长度等5.1.4索夹夹位置计算根据反算的主缆缆各跨无应力力长度，以成成桥吊索处于于竖向位置为为目标确定基基准温度下索索夹的安装位位置。5.1.5 吊吊索长度计算算根据反算的主缆缆各跨线形以以及塔、梁、吊吊索的成

13、桥目目标，计算基基准温度与恒恒载索力下吊吊索的下料长度。5.1.6钢箱箱梁吊装计算算计算吊索安装后后的各种工况况，如安装跨跨缆吊机，架架设钢箱梁，鞍鞍座顶推等工工况的主缆线线形、钢箱梁梁的标高及开开口角、塔顶顶偏移量、塔塔内应力、各各跨主缆索力力以及索鞍、主主缆与桥塔的的相对位置。5.2 数据库库系统在悬索桥施工监监控过程中，有有大量的实测测数据与理论论数据产生，为为便于管理，提提高分析效率率，特开发此此数据库系统统。该系统主主要包括：5.2.1实测测值数据库用于接收网络传传输过来的悬悬索桥施工过过程中的变形形、应力、温温度、索力等等监测数据并并能对这些数数据进行保存存、添加、修修改、查询等等

14、工作。并进进行初步的数数据处理。5.2.2理论论值数据库存储各施工阶段段的理论值，以以方便与实测测值的比较分分析。5.2.3图表表数据库生成各种施工控控制分析用的的图表，如“线形对比”、“索力对比”、“截面应力分分布”和“主梁形心线线挠度曲线”等。5.2.4智能能报警程序该程序主要是：当施工过程程中结构的计算算或实测应力力、变形超过过允许精度范范围后自动进进行报警，并并给出应力、变变形超限点的的位置与对应应值；当发现现施工过程中中应力或变形形的实测值与与计算值相差差过大时自动动进行报警，并并给出应力、变变形超限点的的位置与对应应值。5.3控制专家家系统在悬索桥施工控控制过程中，通通常要处理大大

15、量复杂而多多变的控制问问题，如：数数据滤波、参参数识别、控控制预测以及及控制调整等等，工作量十十分繁重。若若在该过程中中引入专家系系统，实现控控制的智能化化，将有效改改善桥梁施工工控制的控制制方法，极大大地提高施工工控制效率与与控制质量。本桥控制专家系系统主要由两两部分组成：施工控制知知识库与施工工控制推理机机。知识库存存储悬索桥施工监监控过程中各各种经验性知知识与原理性性知识。推理理机是依据知知识来解决问问题的各种算算法。在施工工控制过程中中对数据误差差、参数识别别、控制预测测、控制决策策进行推理。悬索桥施工监控中的垂度调整、温度修正、跨径修正等均依靠该专家系统进行。5.4 文件报报表系统该系统主要生成成正式的施工工监控指令表表，并通过网网络发送至施施工现场，同同时对已完成成的某个阶段段或工况进行行总结，生成成相应图表，形形成总结报告告。6 结论本文根据国内外外桥梁施工控控制技术发展展状况，建立立了珠江黄埔埔大桥南汊悬悬索桥的智能能化施工控制制系统。该系系统能够实现现数据采集的的数字化，数数据传输的实实时化，通过过专家系统的的引入，使控控制决策也能能实现高度智智能化。参考文献【1】 袁帅华华、肖汝诚. 基于网络络的桥梁智能能化施工控制制系统研究. 同济大学学学报（自然然科学版），22007，66作者简介袁帅华，19774