内河航道单级船闸结构运营安全监测评估系统研究.docxVIP

武汉理工大学学报（交通科学与工程版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）第３７卷第６期Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．６Ｄｅｃ１２月内河航道单级船闸结构运营安全监测评估系统研究＊缪长青１，２）史长华１）王义春１）（东南大学土木工程学院１）南京２１００９６）（东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室２）南京２１００９６）摘要：以杨家湾船闸为对象，进行了内河船闸结构运营安全监测评估系统研究．包括监测测点布置、数据采集与处理系统构成、运营预警与安全评估方法研究．根据内河航道通航特点以及船闸结构特点，给出了船闸结构性能监测参数统计预报模型．基于层次分析法，建立了船闸结构综合评估模型，给出了安全性、耐久性、适用性评估的主要控制项及权重指标．关键词：船闸结构；安全监测；测点布置；层次分析法；评估系统中图法分类号：Ｕ６４１．３＋３５ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－３８４４．２０１３．０６．００４成、航道运营与结构安全预警方法进行了分析研究．引言０内河航运具有运能大、占地少、能耗小、污染轻等技术经济优势．船闸是内河航运的主要建筑物，各种病害突出、日常维护繁杂．建立船闸施工期及运行期结构安全监测系统具有重要意义．目前国内外关于大跨桥梁、大坝、特大型船闸结构安全监测与评估的研究较多［１－３］，关于内河船闸结构运营监测、预警与安全评价的研究文献很少．Ｍ．Ｂｕｇａｕｄ等［４］采用光纤光栅传感器对英国的一个通航水道船闸闸门进行了应力监测．刘祖强等［５］介绍了长江葛洲坝３号船闸安全监测改造布设并对于船闸变形数据进行了分析．笔者在文献［６］对于杨家湾船闸监测系统进行了初步设计．文献［７－８］根据人工检测数据，应用遗传算法、模糊理论以及改进模糊理论进行了船闸安全评估方法研究．总的看来，关于内河船闸工程自动化安全监测系统的研究与实施尚处在可行性研究阶段和小范围试验阶段．本文以南京市芜申线航道上的杨家湾船闸为对象，从结构全寿命理念出发，综合内河航道管理的特点，对于船闸结构安全监测系统的监测项目选择、传感器测点布置、数据采集与处理系统构［９］工程背景１芜申线航道是长三角地区高等级航道网重要的干线航道，被称为“水上沪宁高速”．杨家湾船闸位于高淳官溪河口的杨家湾村，是芜申线航道的控制性节点工程，见图１．杨家湾船闸基本尺度为２３０ｍ×２３ｍ×４ｍ（闸室门口净宽×闸室长度×最小槛上水深），设计最大通航船舶吨级为１０００ｔ级．上下闸首、闸室均采用钢筋混凝土整体式结构；上下游闸门采用钢质三角门，阀门采用钢质平板提升门，闸门阀门启闭机采用直推式液压机型．见图１．图１杨家湾船闸总平面图杨家湾船闸是典型的内河单级船闸，主要是以钢筋混凝土材料和钢结构闸门为主体的梁板薄壁结构，钢筋量大、金属结构多，易发生振动、锈收稿日期：２０１３－０９－１４缪长青（１９６３－）：男，工学博士，副教授，主要研究领域为工程结构健康监测与安全评估＊国家科技支撑项目（批准号：２００９ＢＡＧ１５Ｂ０３）、国家自然科学基金项目（批准号资助·１１４９·第６期缪长青，等：内河航道单级船闸结构运营安全监测评估系统研究蚀、冲刷、老化、磨损路等病害．同时该船闸工程规模大、环境地质条件较差．为保证施工期、运行期的安全，建立结构安全监测系统具有重要意义．监测系统构成２监测系统总体构成船闸结构受力不仅与结构形式、水文地质环境有关，而且与施工流程密切相关．建立船闸安全监测系统应该从结构全寿命理念出发，综合考虑施工期和正常通航期的船闸结构性态、传感器的布设、管线布置、结构安全评估需求等，进行结构安全与通航运营管理监测系统的土建设计、实施．考虑内河船闸结构与运营管理特点，结构运营安全监测评估系统由６个子系统组成，６个子系统组成一个完整的网络结构，见图２．２．１图３杨家湾船闸结构安全监测测点布设内河船闸结构运营影响因素较多，有些参数难以自动监测，必须与人工巡视检查结合．人工巡检内容包括：（１）闸区水流和冲刷状况；（２）混凝土炭化与钢筋锈蚀率；（３）混凝土结构裂缝分布方位；（４）闸门等金属结构锈蚀深度与分布；（５）止水、防渗与排水结构老化；（６）闸门门槽磨损；（７）闸门启闭运行平稳性与限位精度．数据采集与传输系统数据采集与传输系统由分布在上下闸首的两个外场数据采集外站和传输网络组成，对各传感器信号进行采集、传输和保存．采集外站按照最短布线、同类信息通道集中及适当预留通道的原则进行布设．各传感器与数据采集站之间用抗干扰屏蔽线缆连接，数据采集站通过光缆传输数据到船闸监控中心．内河船闸监测系统监测的物理量性质差异很大，传感器类别比较多，需采用各种不同传感器、通信接口和通信协议．同时，设置人工