重慶寸灘長江大橋除濕系統實橋實驗設計

劉曉濤 戴新軍

(1.重慶對外建設(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實橋實驗設計

劉曉濤1戴新軍2

(1.重慶對外建設(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)

為了優化設計重慶寸灘長江大橋除濕系統運轉模式，選取南北岸邊跨主纜為實驗段，分四個階段進行了實橋實驗，獲取了架設后主纜及除濕系統設計相關的含水量、平均泄漏率、送氣長度、送氣流量等參數及之間的關系，為運營期間的低電能消耗和低設備損耗運轉方式提供數據支撐。

橋梁，除濕系統，主纜，實橋實驗

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，但當濕度增加到某一數值，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，受到的是化學腐蝕，腐蝕速率較慢。當濕度大于臨界濕度后受到的是電化學腐蝕，所以腐蝕速率就突然增加[1]。相對濕度與金屬腐蝕速率關系見圖1。

寸灘長江大橋地處重慶，屬亞熱帶季風氣候，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]。

安裝除濕系統是寸灘長江大橋防腐措施的關鍵技術，目前，

國內除濕系統的設計沒有成熟的理論體系和相關設計規范，而干空氣在主纜內部的流動極其復雜，涉及多孔介質動力學特性與滲流學相關理論[3]。因此本橋擬采用實橋實驗獲取主纜條件參數(平均漏氣率、存水率等)，主纜送氣參數(送氣阻力、送氣長度、送氣壓力、送氣流量等)。通過這些參數的確定修正原設計參數，建立大氣環境對主纜內空氣濕度的影響模型。為除濕系統日后運營期間的低電能消耗和低設備損耗運轉方式提供數據支撐，同時，為今后同類橋梁的除濕系統設計提供參考依據。

2 實橋實驗設計

2.1 總體設計

實驗段選擇首要條件是滿足實橋實驗目的，所選實驗段應具有代表性，所選取實驗段主纜的主要參數(索長，索股數量，主纜直徑等)應能代表其他位置主纜，其次考慮在該實驗段進行實橋實驗應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實驗可同時開展，節約實驗時間。經過綜合分析確定利用兩個邊跨主纜作為實驗段。實驗段設置圖見圖2。

原系統設計方案中，邊跨側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和南邊跨上游側各添加兩個臨時性氣罩作為實驗氣罩，分別設置在原設計的進氣罩和出氣罩中間。實驗氣罩和原氣罩都需配置數據采集箱和傳感器，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個氣罩測點及相關采集參數編號如圖3所示。

為實現實驗目的，實驗分為四個階段完成，每階段的實驗內容如表1所示。

表1 實橋實驗內容

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實驗獲取該橋主纜送氣參數，建立送氣流量與送氣壓力之間的關系模型，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、干燥時間等設計參數。

第一階段實驗完成后，繼續向主纜中送入干空氣，使主纜內部濕度達到設計要求，當主纜內相對濕度小于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。

結束本階段試驗后，即可計算干空氣在主纜內部的阻力。設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據，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、參數識別方法得到送氣壓力、送氣流量與主纜內阻力的關系。

2.4 第三階段實驗

本階段實驗目的在于建立大氣環境對主纜內空氣濕度的影響模型，為主纜除濕運行模式選擇提供數據、決策支持。第二階段實驗完成后，根據天氣狀況，監測對晴天、雨天、陰天等不同天氣工況下，主纜內部濕度變化情況。實驗時，同步采集溫度、濕度、壓力、流量四類數據，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境下日、夜溫差對主纜內濕度的影響。

2.5 第四階段實驗

本階段的實驗目的是在不同天氣工況下分別以微正壓送氣模式和間斷運行模式運營時，確定除濕系統的運營參數，并對兩種模式下的設備能耗進行比對，選擇低能耗的運轉模式及設備運營參數。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，除濕設備的電壓、電流數據。實驗前須保證主纜內空氣相對濕度為50%。

3 總結與展望

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

[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計說明[Z].

[3] 江蘇省長江公路大橋建設指揮部，江蘇省交通規劃設計院.懸索橋主纜除濕系統關鍵技術[M].北京：科學出版社，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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