劉曉濤 戴新軍

(1.重慶對(duì)外建設(shè)(集團(tuán))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(zhǎng)江大橋除濕系統(tǒng)實(shí)橋?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)

劉曉濤1戴新軍2

(1.重慶對(duì)外建設(shè)(集團(tuán))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(jì)重慶寸灘長(zhǎng)江大橋除濕系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，選取南北岸邊跨主纜為實(shí)驗(yàn)段，分四個(gè)階段進(jìn)行了實(shí)橋?qū)嶒?yàn)，獲取了架設(shè)后主纜及除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的含水量、平均泄漏率、送氣長(zhǎng)度、送氣流量等參數(shù)及之間的關(guān)系，為運(yùn)營(yíng)期間的低電能消耗和低設(shè)備損耗運(yùn)轉(zhuǎn)方式提供數(shù)據(jù)支撐。

橋梁，除濕系統(tǒng)，主纜，實(shí)橋?qū)嶒?yàn)

1 工程概況

大氣相對(duì)濕度對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)濕度與金屬腐蝕速率關(guān)系見圖1。

寸灘長(zhǎng)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(duì)濕度79%左右，絕對(duì)濕度17.7 hPa左右，最熱月份相對(duì)濕度70%左右，最冷月份相對(duì)濕度81%左右[2]。

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

國(guó)內(nèi)除濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沒有成熟的理論體系和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，而干空氣在主纜內(nèi)部的流動(dòng)極其復(fù)雜，涉及多孔介質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性與滲流學(xué)相關(guān)理論[3]。因此本橋擬采用實(shí)橋?qū)嶒?yàn)獲取主纜條件參數(shù)(平均漏氣率、存水率等)，主纜送氣參數(shù)(送氣阻力、送氣長(zhǎng)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(jì)參數(shù)，建立大氣環(huán)境對(duì)主纜內(nèi)空氣濕度的影響模型。為除濕系統(tǒng)日后運(yùn)營(yíng)期間的低電能消耗和低設(shè)備損耗運(yùn)轉(zhuǎn)方式提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)，為今后同類橋梁的除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2 實(shí)橋?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)段選擇首要條件是滿足實(shí)橋?qū)嶒?yàn)?zāi)康?，所選實(shí)驗(yàn)段應(yīng)具有代表性，所選取實(shí)驗(yàn)段主纜的主要參數(shù)(索長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)段進(jìn)行實(shí)橋?qū)嶒?yàn)應(yīng)盡量減少對(duì)主體施工進(jìn)度的影響。邊跨主纜長(zhǎng)度為250 m，具有代表性，滿足送氣長(zhǎng)度的要求。邊跨主纜沒有吊索安裝有利于加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，且可同時(shí)進(jìn)行纏絲、涂裝工作，使得兩邊跨主纜除濕實(shí)橋?qū)嶒?yàn)可同時(shí)開展，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。經(jīng)過綜合分析確定利用兩個(gè)邊跨主纜作為實(shí)驗(yàn)段。實(shí)驗(yàn)段設(shè)置圖見圖2。

原系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，邊跨側(cè)主纜已包含一個(gè)進(jìn)氣罩和兩個(gè)出氣罩。為獲取送氣距離對(duì)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(gè)臨時(shí)性氣罩作為實(shí)驗(yàn)氣罩，分別設(shè)置在原設(shè)計(jì)的進(jìn)氣罩和出氣罩中間。實(shí)驗(yàn)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(duì)濕度R、送氣流量f、送氣壓力P。每個(gè)實(shí)驗(yàn)段的5個(gè)氣罩測(cè)點(diǎn)及相關(guān)采集參數(shù)編號(hào)如圖3所示。

為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)分為四個(gè)階段完成，每階段的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1所示。

表1 實(shí)橋?qū)嶒?yàn)內(nèi)容

2.2 第一階段實(shí)驗(yàn)

2.3 第二階段實(shí)驗(yàn)

第二階段實(shí)驗(yàn)的目的在于通過實(shí)橋?qū)嶒?yàn)獲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(duì)送氣流量、送氣壓力、泄露率、存水量進(jìn)行深入分析，修正送氣流量、送氣壓力、送氣長(zhǎng)度、干燥時(shí)間等設(shè)計(jì)參數(shù)。

第一階段實(shí)驗(yàn)完成后，繼續(xù)向主纜中送入干空氣，使主纜內(nèi)部濕度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，當(dāng)主纜內(nèi)相對(duì)濕度小于50%，開始第二階段實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jìn)行試驗(yàn)，共分為42個(gè)工況，每個(gè)工況實(shí)驗(yàn)時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)送氣流量工況。

結(jié)束本階段試驗(yàn)后，即可計(jì)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(gè)索夾處的局部阻力一致，兩個(gè)氣罩間的總阻力為h,氣罩與索夾間的沿程阻力為h1，每個(gè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)

本階段實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诮⒋髿猸h(huán)境對(duì)主纜內(nèi)空氣濕度的影響模型，為主纜除濕運(yùn)行模式選擇提供數(shù)據(jù)、決策支持。第二階段實(shí)驗(yàn)完成后，根據(jù)天氣狀況，監(jiān)測(cè)對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，同步采集溫度、濕度、壓力、流量四類數(shù)據(jù)，每個(gè)工況的測(cè)量都需測(cè)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(duì)主纜內(nèi)濕度的影響。

2.5 第四階段實(shí)驗(yàn)

本階段的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖窃诓煌鞖夤r下分別以微正壓送氣模式和間斷運(yùn)行模式運(yùn)營(yíng)時(shí)，確定除濕系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)參數(shù)，并對(duì)兩種模式下的設(shè)備能耗進(jìn)行比對(duì)，選擇低能耗的運(yùn)轉(zhuǎn)模式及設(shè)備運(yùn)營(yíng)參數(shù)。本階段的實(shí)驗(yàn)需要在第三階段實(shí)驗(yàn)工況下同步進(jìn)行，即第三階段實(shí)驗(yàn)的某一個(gè)天氣工況完成后，若天氣狀況未發(fā)生明顯改變，可進(jìn)行該工況下的第四階段實(shí)驗(yàn)。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(yùn)營(yíng)時(shí)，除濕設(shè)備的電壓、電流數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)前須保證主纜內(nèi)空氣相對(duì)濕度為50%。

3 總結(jié)與展望

1)實(shí)驗(yàn)可以獲取實(shí)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(zhǎng)度、送氣壓力、送氣流量等)。建立大氣環(huán)境對(duì)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(dòng)極其復(fù)雜，本實(shí)驗(yàn)只對(duì)除濕系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)進(jìn)行研究，若考慮主纜內(nèi)部局部空氣的流動(dòng)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(jìn)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(hù)概論[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2] 中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.重慶機(jī)場(chǎng)專用快速路工程南段——寸灘大橋南引道工程設(shè)計(jì)說明[Z].

[3] 江蘇省長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)指揮部，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jí)工程師； 戴新軍(1978- )，男，工程師

U442

A