重慶寸灘長江大橋除濕系統(tǒng)實橋?qū)嶒炘O(shè)計

劉曉濤 戴新軍

(1.重慶對外建設(shè)(集團)有限公司，重慶 401121； 2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司，江蘇 南京 210061)

重慶寸灘長江大橋除濕系統(tǒng)實橋?qū)嶒炘O(shè)計

劉曉濤1戴新軍2

(1.重慶對外建設(shè)(集團)有限公司，重慶 401121； 2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司，江蘇 南京 210061)

為了優(yōu)化設(shè)計重慶寸灘長江大橋除濕系統(tǒng)運轉(zhuǎn)模式，選取南北岸邊跨主纜為實驗段，分四個階段進行了實橋?qū)嶒?，獲取了架設(shè)后主纜及除濕系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的含水量、平均泄漏率、送氣長度、送氣流量等參數(shù)及之間的關(guān)系，為運營期間的低電能消耗和低設(shè)備損耗運轉(zhuǎn)方式提供數(shù)據(jù)支撐。

橋梁，除濕系統(tǒng)，主纜，實橋?qū)嶒?/p>

1 工程概況

大氣相對濕度對金屬在大氣中的腐蝕速率有很大影響。既有研究資料表明，在一定的溫度下，大氣的相對濕度如保持在60%以下，鐵的大氣腐蝕很輕微，但當(dāng)濕度增加到某一數(shù)值，大氣的腐蝕速率即開始突然升高。即在低于臨界濕度時金屬表面沒有水膜，受到的是化學(xué)腐蝕，腐蝕速率較慢。當(dāng)濕度大于臨界濕度后受到的是電化學(xué)腐蝕，所以腐蝕速率就突然增加[1]。相對濕度與金屬腐蝕速率關(guān)系見圖1。

寸灘長江大橋地處重慶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.3 ℃；月平均最高氣溫32.8 ℃；極端最高氣溫43 ℃；極端最低氣溫-1.8 ℃；多年平均相對濕度79%左右，絕對濕度17.7 hPa左右，最熱月份相對濕度70%左右，最冷月份相對濕度81%左右[2]。

安裝除濕系統(tǒng)是寸灘長江大橋防腐措施的關(guān)鍵技術(shù)，目前，

國內(nèi)除濕系統(tǒng)的設(shè)計沒有成熟的理論體系和相關(guān)設(shè)計規(guī)范，而干空氣在主纜內(nèi)部的流動極其復(fù)雜，涉及多孔介質(zhì)動力學(xué)特性與滲流學(xué)相關(guān)理論[3]。因此本橋擬采用實橋?qū)嶒灚@取主纜條件參數(shù)(平均漏氣率、存水率等)，主纜送氣參數(shù)(送氣阻力、送氣長度、送氣壓力、送氣流量等)。通過這些參數(shù)的確定修正原設(shè)計參數(shù)，建立大氣環(huán)境對主纜內(nèi)空氣濕度的影響模型。為除濕系統(tǒng)日后運營期間的低電能消耗和低設(shè)備損耗運轉(zhuǎn)方式提供數(shù)據(jù)支撐，同時，為今后同類橋梁的除濕系統(tǒng)設(shè)計提供參考依據(jù)。

2 實橋?qū)嶒炘O(shè)計

2.1 總體設(shè)計

實驗段選擇首要條件是滿足實橋?qū)嶒災(zāi)康?，所選實驗段應(yīng)具有代表性，所選取實驗段主纜的主要參數(shù)(索長，索股數(shù)量，主纜直徑等)應(yīng)能代表其他位置主纜，其次考慮在該實驗段進行實橋?qū)嶒瀾?yīng)盡量減少對主體施工進度的影響。邊跨主纜長度為250 m，具有代表性，滿足送氣長度的要求。邊跨主纜沒有吊索安裝有利于加快實驗進程，且可同時進行纏絲、涂裝工作，使得兩邊跨主纜除濕實橋?qū)嶒灴赏瑫r開展，節(jié)約實驗時間。經(jīng)過綜合分析確定利用兩個邊跨主纜作為實驗段。實驗段設(shè)置圖見圖2。

原系統(tǒng)設(shè)計方案中，邊跨側(cè)主纜已包含一個進氣罩和兩個出氣罩。為獲取送氣距離對除濕效果的影響，在主纜北邊跨下游側(cè)和南邊跨上游側(cè)各添加兩個臨時性氣罩作為實驗氣罩，分別設(shè)置在原設(shè)計的進氣罩和出氣罩中間。實驗氣罩和原氣罩都需配置數(shù)據(jù)采集箱和傳感器，用于采集該位置的空氣溫度T、空氣相對濕度R、送氣流量f、送氣壓力P。每個實驗段的5個氣罩測點及相關(guān)采集參數(shù)編號如圖3所示。

為實現(xiàn)實驗?zāi)康模瑢嶒灧譃樗膫€階段完成，每階段的實驗內(nèi)容如表1所示。

表1 實橋?qū)嶒瀮?nèi)容

2.2 第一階段實驗

2.3 第二階段實驗

第二階段實驗的目的在于通過實橋?qū)嶒灚@取該橋主纜送氣參數(shù)，建立送氣流量與送氣壓力之間的關(guān)系模型，并對送氣流量、送氣壓力、泄露率、存水量進行深入分析，修正送氣流量、送氣壓力、送氣長度、干燥時間等設(shè)計參數(shù)。

第一階段實驗完成后，繼續(xù)向主纜中送入干空氣，使主纜內(nèi)部濕度達到設(shè)計要求，當(dāng)主纜內(nèi)相對濕度小于50%，開始第二階段實驗。實驗時，按照不同的送氣距離分別與不同的送氣壓力和送氣流量分工況進行試驗，共分為42個工況，每個工況實驗時間

為24 h。其中，送氣距離以62 m作為梯度，分為62 m，124 m，186 m共3個送氣距離工況，送氣壓力以500 Pa為梯度，分為500 Pa，1 000 Pa，1 500 Pa，2 000 Pa，2 500 Pa，3 000 Pa，3 500 Pa，4 000 Pa八個送氣壓力工況，送氣流量以0.25 m3/min為梯度，分為0.25 m3/min，0.50 m3/min，0.75 m3/min，1 m3/min，1.25 m3/min，1.5 m3/min六個送氣流量工況。

結(jié)束本階段試驗后，即可計算干空氣在主纜內(nèi)部的阻力。設(shè)氣罩與索夾間的沿程阻力一致，每個索夾處的局部阻力一致，兩個氣罩間的總阻力為h,氣罩與索夾間的沿程阻力為h1，每個索夾處的局部阻力為h2。則有：h=(P0-P1)/10-3=4h1+3h2=(P0-P3)/10-3。通過代入不同工況下的實驗數(shù)據(jù)，可以計算出不同工況下的局部阻力與沿程阻力。最后利用曲線擬合、參數(shù)識別方法得到送氣壓力、送氣流量與主纜內(nèi)阻力的關(guān)系。

2.4 第三階段實驗

本階段實驗?zāi)康脑谟诮⒋髿猸h(huán)境對主纜內(nèi)空氣濕度的影響模型，為主纜除濕運行模式選擇提供數(shù)據(jù)、決策支持。第二階段實驗完成后，根據(jù)天氣狀況，監(jiān)測對晴天、雨天、陰天等不同天氣工況下，主纜內(nèi)部濕度變化情況。實驗時，同步采集溫度、濕度、壓力、流量四類數(shù)據(jù)，每個工況的測量都需測量48 h以上，采用曲線擬合的方法分析該天氣環(huán)境下日、夜溫差對主纜內(nèi)濕度的影響。

2.5 第四階段實驗

本階段的實驗?zāi)康氖窃诓煌鞖夤r下分別以微正壓送氣模式和間斷運行模式運營時，確定除濕系統(tǒng)的運營參數(shù)，并對兩種模式下的設(shè)備能耗進行比對，選擇低能耗的運轉(zhuǎn)模式及設(shè)備運營參數(shù)。本階段的實驗需要在第三階段實驗工況下同步進行，即第三階段實驗的某一個天氣工況完成后，若天氣狀況未發(fā)生明顯改變，可進行該工況下的第四階段實驗。分別采集該天氣工況下微正壓送氣模式和間斷送氣模式運營時，除濕設(shè)備的電壓、電流數(shù)據(jù)。實驗前須保證主纜內(nèi)空氣相對濕度為50%。

3 總結(jié)與展望

1)實驗可以獲取實橋主纜條件參數(shù)(平均漏氣率、存水率等)，主纜送氣參數(shù)(送氣阻力、送氣長度、送氣壓力、送氣流量等)。建立大氣環(huán)境對主纜內(nèi)空氣濕度的影響模型。2)干空氣在主纜內(nèi)部的流動極其復(fù)雜，本實驗只對除濕系統(tǒng)整體設(shè)計與運營進行研究，若考慮主纜內(nèi)部局部空氣的流動情況，可在主纜架設(shè)過程中在主纜內(nèi)部不同深度布設(shè)壓力傳感器、濕度傳感器，用于研究干空氣在進氣罩和排氣罩內(nèi)的滲流參數(shù)。

[1] 葉康民.金屬腐蝕與防護概論[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2] 中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司.重慶機場專用快速路工程南段——寸灘大橋南引道工程設(shè)計說明[Z].

[3] 江蘇省長江公路大橋建設(shè)指揮部，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院.懸索橋主纜除濕系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2015.

On design for real bridge test of dehumidification system of Cuntan Yangtze Bridge in Chongqing

Liu Xiaotao1Dai Xinjun2

(1.ChongqingInternationalConstruction(Group)Corporation,Chongqing401121,China; 2.ChinaRailwayMajorBridge(Nanjing)BridgeandTunnelInspect&RetrofitCo.,Ltd,Nanjing210061,China)

In order to optimize the design for Cuntan Yangtze Bridge in Chongqing, the paper selects the main cable crossing the north and south banks as the experimental section, undertakes the real bridge test in four phases, obtains the relationship among the main cable, water content, average leakage rate, length of air-supply, and air-supply volume related to the dehumidification, so as to provide the data support for the low power consumption and low equipment consumption operation.

bridge, dehumidification system, main cable, real bridge test

1009-6825(2017)02-0171-02

2016-11-09

劉曉濤(1969- )，男，高級工程師； 戴新軍(1978- )，男，工程師

U442

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