宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司提供：光纤光栅传感器，桥梁监测，磁流液，磁流变液减振器，液压阻尼器，结构振动控制

今天是：2009年7月04日

姓名：欧进萍

职位：首席专家

现任哈尔滨工业大学教授、博士生导师、中国工程院院士、大连理工大学......

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电话：0574-28830501
传真：0574-28830518
邮编：315177
地址：浙江省宁波市望
春工业园区杉杉路1号

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宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司是在宁波市政府的支持下，由杉杉集团与哈尔滨工业大学合作成立的专业技术型企业。
公司于2004年注册成立，2008年通过ISO9001:2000 认证。公司致力于结构健康监测与控制技术的产业转化与推广，并不断研发和引进相关的创新技术，为我国结构健康监测与控制技术的发展贡献力量...

工程介绍
    永和大桥是津汉公路跨永定新河的一座斜拉桥，全桥长510.0m，跨径布置为25.15+99.85+260+99.85+25.15，主跨为260m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥（共44对拉索，176根拉索）。拉索布置为扇型布置，主梁为漂浮体系，桥面净宽为9+2×1.0m。

健康监测系统
   该桥于1987年12月建成通车，距今已运营了近二十年，检测发现该桥出现了不少病害，需要立即进行维修加固，主要内容包括中跨跨中合拢段的置换和斜拉索的更换。为提高桥梁的养护管理水平，保证桥梁安全运营，在永和大桥建立桥梁结构健康监测系统。建立的健康监测系统具有以下三方面的基本功能：
  ⑴ 监控施工过程中索力的变化和合拢段截面的应力变化，准确判定施工是否达到设计要求，也是保证施工能否安全进行的有效措施之一；
  ⑵ 在桥梁的运营中，通过对大桥的环境、荷载、应力、变形等参数的监测，对桥梁结构的内力状态改变及损伤进行评估，以保障桥梁在运营过程的安全，也可以在结构遭受突发性荷载或损伤时及时报警；
  ⑶ 健康监测系统可以较全面系统地把握结构的健康状态，据此对桥梁结构进行及时和恰当的养护与维修，从而尽量延长结构安全运营的时间，降低桥梁的寿命成本。

塔顶数据采集箱                   塔顶GPS

工程介绍
滨州黄河公路大桥是新建的 205 国道滨博高速公路跨越黄河的重要桥梁。是目前全国第三座，山东省第一座预应力混凝土三塔斜拉桥，也是目前黄河上唯一的三塔斜拉索。大桥全长 1698 米，其中主桥为 42+42+300+300+42+ 42 米 PC 斜拉桥，全宽 32.8 米。主塔及边塔均采用双柱双索面型式，中塔高 125.28 米，边塔高 75.778 米；主梁采用开口双三角箱截面，在中塔处塔梁固结，边塔处半漂浮支承，主梁及塔柱采用 55 号混凝土。北、南引桥分别为 6 孔× 42 米和 16 孔× 42 米 PC 连续箱梁，全宽 27.5 米。桥墩基础为钻孔灌注桩，桩径Ф 1.5 米，桩长最长 120 米。大桥具有设计新颖、结构复杂、科技含量高、施工工期紧、施工难度大的特点。

健康监测系统
    由于桥梁结构在其服役期间性能退化显著，严重影响桥梁结构服役安全性，为此，山东省交通厅公路局委托哈尔滨工业大学为该桥设计并实施运营健康监测系统。该系统能够自动地在线运行，并可以通过 Internet 网络访问该桥的数据库，也可以通过 Internet 网操作和控制该系统的参数。
    本项目利用138个光纤光栅传感器、2个风速仪、38个加速度传感器及4套GPS等对桥梁进行应变、温度、风速、振动及变形等物理量的监测，并实现了信号远程无线传输。利用ANSYS软件建立桥梁结构有限元模型，采用Lab VIEW和Matlab编制数据采集软件和损伤识别软件，采用SQL server 2000建立中心数据库，完全实现实时、网络、远程、自动的结构健康监测系统，为评价结构的健康状态提供可靠科学的依据。
    在光纤光栅传感器应用方面，本项目建立了基于编程光开关、光纤光栅解调仪的光纤传感网络，利用空分复用原理，实现对多个传感器的数据采集。通过程序可以远程控制光开关的切换，实现多通道静态采集及四通道动态采集，对大桥主梁监测截面与斜拉索截面的温度与应变进行监测。

现场施工图片

工程介绍
　　南京长江第三大桥是国家“十五”期间重点建设项目，是上海至成都国道主干线的重要组成部分，也是江苏省规划建设的五大战略性过江通道之一。南京长江第三大桥是双塔双柱斜拉桥，主跨648m，钢索塔、钢箱梁桥面结构，基础形式采用钢套箱加钻孔灌注桩组合而成的高桩承台。其建设条件复杂，技术标准高，施工难度大。南塔桥墩处水深流急，经过方案优化对比，桩基础施工采用平台结构施工方法，即由定位船和两条导向船组成施工平台。

健康监测系统
    南京长江第三大桥桥索塔深水桩基础的施工工艺十分复杂，施工过程中基础关键构件的受力具有时变特性和精确计算的困难，因此，采取有效措施监测其关键构件施工全过程的受力状态，对于确保桩基础施工安全是十分必要的。本项目监测钢护筒施工阶段的受力状态、桩基础的受力状态、套箱吊杆的轴力，以及承台施工阶段的温度及温度应力状态。
   南京三桥深水基础施工监测项目中共布设了 397 个光纤光栅应变和温度传感器，其中温度测量 225，吊杆 14，主墩护筒 87，试验桩 11，基桩钢筋笼 60，是目前国际上施工控制中布设光纤光栅应变和温度传感器最多的桥梁基础。此外，开发的施工监测系统与综合数据管理系统数据库，推动了信息化施工的发展，还可以作为大桥健康监测系统的基础和有机组成部分。
    该项目历时2年，已于2005年9月鉴定，与会专家认为，该项目“具有重要创新，其应用研究成果达到国际先进水平，并取得了显著的社会和经济效益，具有重要的推广应用价值。”

现场施工图片

工程介绍
    泰安－莱芜一级公路建成于1993年10月，是山东省交通规划网中“六纵四横一环十三连”中的一横－青岛至倌陶公路的重要一段，还起着滨新高速、京福高速连接线的作用，是连接山东东西部地区的重要枢纽，对区域经济的发展起着重要作用。近年来，泰莱公路上的车辆迅速增多，特别是车辆严重的超载，出现路面破损、路基沉陷等现象，部分桥涵的墩台出现了不同程度的断裂，上部结构也出现了一定程度的损坏，该路段的改造势在必行。

健康监测系统
    本项目采用高耐久性光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，从2005年9月至2007年9月进行传感器布设和分阶段定期测试，测试方式为离线监测，即短期进行车载试验和运营期监测，测试内容包括不同车辆轴压下具有代表性的三个不同断面各结构层的竖向应变场、水平应力场和温度场信息。根据公路结构的特点，采用高耐久性FRP封装光纤光栅应变传感器和无外力影响原型封装光纤光栅温度传感器，分别用来测试竖向应变和水平应变。
本系统的建设目标为：
1) 提供不同车辆轴压下不同结构层的竖向应变分布；
2) 提供不同车辆轴压下不同结构层的水平应变分布，分析各水平应力状态；
3) 提供不同结构层在不同环境温度下的温度分布信息。

传感器图片                      传感器现场布设图片

工程介绍
　　宁波甬江隧道是我国大陆第一条建于软土地基上的沉管隧道，位于宁波市17km的甬江下游，是329国道的镇海与北仑联通工程。
　　　　　
健康监测系统
　　考虑该隧道建成时间比较长，而且，运营中存在长期沉降、地基稳定状态不明、结构曾出现裂缝等问题。同时，隧道通车量大，运营条件复杂，因此，为确保隧道在其运营期内的安全，同时要保证隧道结构在大修后的设计基准期内始终处于安全、可靠、受控的状态之下，十分有必要开展隧道工程的健康监测。这样既可为工程的正常运营“保驾护航”，提供可靠的预警信息，又可为我国大型沉管隧道的健康运营积累有价值的基础资料。
　　健康监测的主要目的是：　　（1）实时观测甬江隧道沉管结构沉降、变形及受力状态，确保隧道健康运营；　　（2）预测下一步结构的变形趋势，根据变形发展状态，决定是否需要采取相应的防护控制措施，并为确定经济合理的养护方案提供决策依据；　　（3）建立多级安全预警系统，健全隧道健康运营保障机制，确保管段运营期间的整体及局部安全性；　　（4）为今后研究沉管隧道的健康运营管理与监测等问题提供可靠的数据资料，积累沉管隧道工程经验，从而为促进国家沉管隧道工程建设发展奠定基础。

工程介绍
　　招宝山大桥位于宁波镇海招宝山与小巷金鸡山之间的甬江入海口，该处地形复杂，为山前冲海平原和剥蚀孤丘。该桥的主桥为带有协作体系的双索面预应力混凝土独塔斜拉桥，主要由主桥、东引桥、西引桥、招宝山隧道、交通安全设施及其他附属工程组成，全长2482m，其中主跨258m，跨度布置自招宝山到金鸡山为：74.5m+258m+102m+83m+49.5m,总长567m。斜拉索共计102根（上下游，东西两侧四个索面）。桥面宽29.5m，主线设计车速60km/h，6车道；匝道设计车速40km/h，4车道。大桥通航净高32m。
　

控制系统
　　本项目是为宁波招宝山大桥斜拉索C16-C20和C16’-C20’设计、生产和安装磁流变液半主动控制系统，并进行现场试验。为了同时控制斜拉索平面内和平面外振动，招宝山大桥斜拉索磁流变液控制系统对一根斜拉索垂直对称安装2个阻尼器，2个阻尼器轴线在阻尼器和斜拉索连接处互成90度角。为了大桥的美观，根据大桥斜拉索已经安装的阻尼器高度，磁流变液阻尼器在斜拉索上的安装高度统一为距离桥面1.8m。在每一根斜拉索上安装一个加速度传感器，用于控制系统的信号反馈和索力的识别。　　每一根斜拉索上安装的两个磁流变液阻尼器采用一个控制器，即首先由加速度传感器测得斜拉索振动的加速度反应，并将该信号发送至斜拉索磁流变液阻尼器控制系统的工控机，测得的加速度反应幅值和设定的阈值进行比较，若小于设定的阈值，则不给磁流变液阻尼器施加电流，即控制器(电流源驱动器)不工作；若超过了设定的阈值，则由加速度反应的大小，按照半主动控制算法，计算控制力，并根据磁流变液阻尼器的力－电关系，将控制力转换为电流，并由控制器施加给磁流变液阻尼器。

控制系统原理示意图磁流变液阻尼器实物图

工程介绍　　CB32区块位于埕岛油田主力区块的东偏北方向，距埕岛中心二号平台约12km，平均深18.2m。配电及生活平台由导管架、桩、上部组块组成。导管架采用四腿导管架型式，导管架的四个面的斜度为10:1，导管架顶标高5.0m，底标高-19.7m。主导管采用Ф1350钢管，成矩形布置。导管架上设靠船构件、登船平台、管卡等附属构件。桩采用Ф1200开口变壁厚钢管桩，桩入土60m。上部组块采用导管架帽式结构，导管架帽由四根立柱、甲板、梁格及斜撑组成。主尺寸为26m×24m。平台梁格采用工字钢焊接而成，主次梁结构，主梁与立柱之间的设斜撑，平台梁格之上满铺8mm厚钢板。

健康监测系统　　本系统利用光纤光栅、压电薄膜传感器和疲劳寿命传感器，根据计算机监控系统的技术发展趋势，并结合结构损伤识别技术、结构可靠度理论、现代检测技术、计算机技术、无线通讯技术、网络技术开发实现了以海洋平台结构实时监测、可靠度预测和安全评定为目的的“海洋平台结构实时监测系统”。　　研究开发了海洋平台结构大规模实时监测系统集成技术，集成的海洋平台实时监测系统包括海洋环境要素实时监测系统和平台结构响应实时监测系统。提出了监测系统传感器优化布置原则和方案，传感器埋设和保护工艺，实时监测系统测点布置、数据采集系统设计、数据库系统设计、实时监测软件系统设计和远程监测系统设计方法，并研究发展了海洋平台结构远程无线监控技术，形成了海洋平台结构多种传感器、大规模远程实时监测技术。　　利用Internet和无线局域网技术，在CB32A平台结构实时监测系统的基础上开发了远程无线实时监测系统，技术开发人员可以进行远程的系统维护与管理，授权的管理专家和同行专家可以远程访问和查看结构当前的状态，对于海洋平台结构实时监测系统成果水平的提升有重要的意义。

工程介绍
　　四川省峨边大渡河大桥建于1995年，上部为主跨138m下承式无推力钢管混凝土系杆拱桥，矢跨比1/5，拱轴系数1.352。拱肋为4根φ500×8mm钢管混凝土桁架，拱脚作混凝土包裹强化处理。吊杆采用12φ15.24mm的平行高强度低松弛钢绞线，外用钢管防护，钢管内灌水泥砂浆。系杆采用31φ15.24mm的高强度钢绞线，且设于桥面下。吊杆横梁为普通钢筋混凝土梁，桥面板采用4.8m槽型板。引桥为10m跨径的钢筋砼连续梁横置式桥面板。

健康监测系统
　　本项目健康监测系统内容包括：高性能光纤光栅应变与温度传感器研制；光纤光栅在吊杆中的布设工艺与走线方法；光纤光栅智能吊杆的索厂标定；智能吊杆施工操作规程；光纤光栅智能吊杆监测系统开发；吊杆安全评定方法；吊杆损伤引起的整桥安全评定方法；吊杆剩余疲劳寿命估计。课题组成功地研究出智能吊杆制作和施工操作方法，采用先进的光纤光栅传感技术、数据采集技术和现代数据管理技术开发了吊杆智能监测系统，包括吊杆监测的数据采集、处理和吊杆安全评定。　　该项目在该桥50根吊杆中的15根关键吊杆内共布设了40个光纤光栅传感器，其中应变测量传感器30个，温度测量传感器10个。在其8根系杆中的4根系杆内放置了16根自主开发的FBG-FRP筋传感器，其中12根为应变传感筋，4根为温度传感筋，每根应变传感筋中有两个光纤光栅传感器，每根温度传感筋中含一个光纤光栅传感器。该项目成功地实现了采用光纤光栅传感技术对系杆拱桥的吊杆（系杆）进行施工和运营状态监测，是国内外首次将光纤光栅传感器放入拱桥系杆中，监测其施工和运营状态。

工程介绍
　　茅草街大桥是目前世界上跨度最大的中承式钢管混凝土系杆拱桥。大桥全长7579.7米，概算总投资3.763亿元。主桥按80m+368m+80m三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥布置，主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无铰拱。拱肋结构形式为钢管混凝土组合结构，但目前钢管混凝土拱桥的设计理论还很不完善，施工过程较为复杂，而且钢管混凝土拱受力特性的研究还非常少，钢管混凝土拱的大长细比导致的稳定、温度和收缩徐变效应及钢管与混凝土间的脱空引起的内力变化、钢管和拉索在恶劣环境下的锈蚀和疲劳、桥墩由于受到较大的推力容易开裂破坏等问题十分突出，因此，如何保证钢管混凝土拱桥在运营期间的安全性是一个十分重要的问题。

健康监测系
　　茅草街大桥其在运营期间的风、地震、车辆等荷载以及温度等作用下的受力性能十分复杂，因此，在该桥上布设运营健康监测系统，监测该桥运营期间的安全性，对于保证茅草街大桥运营期间的安全性，具有十分重要的意义和实用价值。茅草街大桥运营健康监测系统是一个对桥梁关键结构部位进行定期监测并实施离线安全评定的健康监测系统。它通过布设在桥梁关键部位的各种监测传感器对桥梁的整体性态与局部性态（包括加速度、位移、应变等）、以及作用在桥梁上的环境荷载（包括风荷载、温度荷载等）进行定期、连续的监测数据采集，借助结构损伤识别、模型修正及安全评定子系统对桥梁实施离线的安全评定，预测桥梁的运营安全状态。考虑传感器的耐久性和可靠性问题，本项目在主拱拱肋、吊杆、系杆等关键部位布设100余个光纤光栅传感器，获取桥梁关键部位的局部信息，为桥梁局部安全评定和整体损伤定位提供重要数据来源。

光纤光栅传感器现场布设图片

工程介绍　　奥运国家游泳中心位于奥林匹克公园的中心位置，长宽高分别为 177m×177m×30m，内部分成三个功能相对独立的空间，总建筑面积80,000m 2 。国家游泳中心由钢筋混凝土框架筒体结构、空间钢结构和 ETFE 膜充气枕覆盖结构组成。其空间钢结构是建筑设计和结构设计的重点。空间钢结构的几何形态的形成，是依据Wearie－Phelan给出的“无限等体积肥皂泡陈列几何图形学 ”，由十四面体、十二面体基本单元沿三个正交坐标轴X、Y和Z生成了巨大的空间立方体。

健康监测系统
　　考虑到该结构是新型大跨空间结构体系，其受力状态需进一步验证,为保证施工质量和过程控制，施工过程的监测可用于控制施工工况下的内力、变形和减小施工误差。为更有效的利用施工监测传感元件，本项目将施工监测同使用期间健康监测统一规划设计，兼顾施工监测和健康监测功能，经济合理地利用资金。施工监测的主要内容为主空间钢结构受力较大杆件的应变（应力）、跨中竖向挠度、关键点的空间坐标；健康监测的主要内容为荷载和结构响应的监测，主要监测国家游泳中心在使用过程中的风速、风压、温度、应变和振动加速度。该健康监测系统实时监测屋盖结构的风荷载、温度场、结构应变和应力以及结构的振动反应，在监测数据的基础上，进一步对结构进行安全评定，对危及结构安全的状态进行预警，为国家游泳中心安全运营提供有效的保障技术与系统。
　　
风荷载采集软件界面加速度采集软件界面

工程介绍
　　周公宅水库位于浙江省宁波市鄞州区大皎溪皎口水库上游15km处，坝址位于鄞州区樟水镇周公宅村北大皎溪干流上，距宁波市区约51km，是一座供水、防洪结合发电的综合利用大Ⅱ型水库。　　周公宅水库由拦河坝、引水建筑物、发电厂房和变电站等建筑物组成。拦河坝由砼双曲拱坝和二道坝组成，双曲拱坝坝顶中心弧长446.77m，坝顶高程240m，最大坝高125m，坝顶设置3孔10m宽的泄洪闸控制泄洪，坝体内埋设两根φ1.2m放空管。二道坝设于大坝下游约380m处。引水系统布置在大皎溪右岸山体中，采用一洞二机布置，引水建筑物包括：进水口、引水隧洞、高压管道主管、钢岔管和高压钢支管。电站厂房布置于杜岙村上游350m处的右岸公路旁，距大坝约1.85km。为引水式地面厂房，安装两台6.3MW的水轮机组。

健康监测系统
　　本系统在大坝底部的导流孔处安装了一组光纤光栅五向应变计组，长期监测导流孔处的应变变化。传感器埋设后，定期对传感器工作情况进行回访。
回访结果表明整个监测系统运行正常。大坝2006年4月开始蓄水，在蓄水前、中、后期对大坝进行应变和温度监测。五向应变计和温度传感器在蓄水前期的时程曲线见图1和图2。　　由观测结果可以看出，五向应变传感器的最大拉应变为52με，最大压应变为-30με。由于本工程坝体砼的极限拉应变是94με，设计拉应变监控指标为72με；极限抗压应变为-996.9με，设计压应变监控指标为-450με。这样蓄水前期五向应变计的实测应变值均小于设计监控指标，在允许范围之内。

五向应变计时程关系曲线温度时程关系曲线

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