悬索桥主缆湿度多点同步检测与分析

章正涛 李鹏 石建中

(1.江苏润扬大桥发展有限责任公司 江苏镇江 212115； 2. 中交公路规划设计院有限公司 北京100026； 3. 武汉纺织大学 武汉430200)

0 引言

一种主动式防腐除湿系统有效的弥补了被动式防腐的缺陷，其原理是将钢构件置于一个较低腐蚀率的环境中，通常将钢构件周围的空气相对湿度降低到50%以下。研究表明：当空气相对湿度低于60%时，钢材腐蚀可以得到有效缓解，当相对湿度低于40%时，钢材腐蚀可以得到极大程度抑制。一般选取相对湿度50%作为桥梁除湿系统控制目标，在这一条件下，钢材腐蚀率可以满足桥梁设计寿命的要求。

1 检测内容及方法

本文根据国内长江下游某悬索桥的主缆湿度检测情况，简要分析了主缆内部湿度控制情况以及除湿设备的健康状况，为下一步的养护工作打下基础。该桥于2005年建成通车，桥梁建设期间主缆除湿系统同时安装完成，是国内首批采用主缆除湿技术进行防腐的桥梁，设备均为日本原装进口，后经少部分国产部件替换维修。按照除湿系统使用手册，设备已超出设计寿命，部件缺乏备件或已停产。

1.1 检测内容

主缆除湿系统设计了40个进排气夹，每个进排气夹处均设置了空气参数传感器，进气夹处有温度、湿度、压力和流量传感器，排气夹最近的索夹位置设置了温度、湿度、压力传感器，具体布置见图1。

图1 主缆进排气夹布置

桥上的传感器已工作多年，精度不可避免的会降低，数据可靠性也会变差，通讯传输线路均存在老化不稳定的情况，因此需要进行关键数据独立检测，判定主缆内的湿度是否处于设计范围。因主缆内置检测传感器技术尚不成熟，本次检测采取主缆进排气夹上开设检查孔的方式，将传感器安装在检查孔内，对温湿度进行短期持续检测，检测点位如图2所示。

图2 主缆进排气检测点位分布示意

1.2 检测流程

(1)在气夹上开标准检测孔；

(2)安装无线温湿度传感器及多通道检测仪，进行实时记录；

(3)对进排气夹进行无线、实时、同步采集数据；

(4)数据处理及分析。

1.3 检测设备

(1)无线温湿度传感器

本次检测采用无线电温湿度变送器，输出无线电跳频信号，内置锂电池，湿度精度±3%RH(60%，25 ℃)，湿度测量范围0%～100%RH，温度精度+0.5(25 ℃)，温度范围-40～80 ℃，无障碍传输距离约800 m，数据更新时间为1 min。

温湿度传感器通过无线连接环境监控主机，将采集数据实时上传云平台，工作原理如图3所示。

图3 无线温湿度传感器工作原理

(2)无线多通道检测仪

无线多通道检测仪负责将传感器数据收集校验后，通过GPRS网络上传至云平台。每台检测仪可同时连接32个传感器，无障碍传输距离约800 m。根据桥梁现场条件，设置2台多通道检测仪，附加2台信号放大器，成功实现40个进排气夹数据的同步采集。工作原理见图4。

图4 无线多通道检测仪工作原理

主缆进排气口主要检测空气温湿度，需要同时测量多个进出口数据，做同步判断，才能确定主缆内湿度状况。

2 检测结果与分析

2.1 主缆进排气夹相对湿度检测

主缆进排气是目前判断主缆内部湿度的唯一手段，也是判断主缆除湿设备运行情况的必要条件。在设计情况下，主缆进行除湿的初期，内部湿度应该呈现出图5(a)的状态，即排气口经过一段时间后，湿度下降至控制指标以下，并趋于稳定。大桥建成初期，经监控系统检测，的确出现了与设计相符的湿度变化过程，如图5(b)所示。

图5 主缆除湿初期排气湿度变化曲线

本次采用无线检测技术，持续采集15 d的温湿度数据，同步采集室外温湿度数据，采集时间间隔为1 min，数据分析时进行了优化处理，时间间隔为30 min，主缆进排气的湿度情况呈现以下的曲线(见图6和图7)。

图6 跨中主缆排气夹湿度曲线

图7 主缆进气夹湿度曲线

经过检测，成功获取了主缆进排气夹的实时温湿度数据，以及同时间室外的温湿度数据，对同步分析主缆内部湿度情况具有重要价值。

2.2 主缆进排气夹含湿量分析

虽然腐蚀与相对湿度相关性最大，但相对湿度是因变量，随着温度的变化而变化，另一个较有价值的分析参数是含湿量。含湿量是指每kg质量的干空气中所混合的水蒸气的质量(g)，常用d来表示，单位为g/kg 干空气。

d=622×φ×Ps÷(P-φ×Ps)

式中，P为空气压力，Pa；Ps为水蒸气分压力，Pa；φ为相对湿度，%。

含湿量值确切反映了空气中含有水蒸气量的多少，可通过查询焓湿图得出，也可以通过专用露点传感器测量得出。为充分利用本次检测数据，提高分析效率，采用了焓湿图拟合公式计算含湿量并绘制时间-含湿量曲线图。

根据除湿原理，气夹的含湿量应明显并持续低于室外大气值，不宜出现高于室外大气的现象(除湿初期除外)。

图8为进气夹含湿量与室外含湿量曲线，可以很清晰的看出两线分离，并持续，说明存在明显的含湿量差。图9为排气夹与室外含湿量曲线，曲线分离则不明显，甚至有交叉现象，说明含湿量接近。通过对进排气夹含湿量的计算分析，分离了影响相对湿度的因素，建立较为直观的除湿效果判断方法。

图8 进气夹含湿量与室外含湿量曲线

图9 主缆排气夹含湿量与室外含湿量曲线

3 结语及建议

主缆除湿系统的检测与分析专业性较强，且不同于桥梁行业内的检测工作，采用主缆湿度多点同步检测与分析技术，达到了直观解读除湿效果的目的，为桥梁养护工作提供了一条便捷有效的途径。

建议国内采用主缆除湿的悬索桥，对进排气夹进行定期检测，周期宜为2年一次。另开设标准的检测孔，可反复利用其进行短期持续性检测，同时采用较高精度的传感器设备，进一步结合巡检情况，对主缆除湿系统进行精准养护。