重庆寸滩长江大桥除湿系统实桥实验设计

刘晓涛 戴新军

(1.重庆对外建设(集团)有限公司，重庆 401121； 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司，江苏 南京 210061)

重庆寸滩长江大桥除湿系统实桥实验设计

刘晓涛1戴新军2

(1.重庆对外建设(集团)有限公司，重庆 401121； 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司，江苏 南京 210061)

为了优化设计重庆寸滩长江大桥除湿系统运转模式，选取南北岸边跨主缆为实验段，分四个阶段进行了实桥实验，获取了架设后主缆及除湿系统设计相关的含水量、平均泄漏率、送气长度、送气流量等参数及之间的关系，为运营期间的低电能消耗和低设备损耗运转方式提供数据支撑。

桥梁，除湿系统，主缆，实桥实验

1 工程概况

大气相对湿度对金属在大气中的腐蚀速率有很大影响。既有研究资料表明，在一定的温度下，大气的相对湿度如保持在60%以下，铁的大气腐蚀很轻微，但当湿度增加到某一数值，大气的腐蚀速率即开始突然升高。即在低于临界湿度时金属表面没有水膜，受到的是化学腐蚀，腐蚀速率较慢。当湿度大于临界湿度后受到的是电化学腐蚀，所以腐蚀速率就突然增加[1]。相对湿度与金属腐蚀速率关系见图1。

寸滩长江大桥地处重庆，属亚热带季风气候，年平均气温18.3 ℃；月平均最高气温32.8 ℃；极端最高气温43 ℃；极端最低气温-1.8 ℃；多年平均相对湿度79%左右，绝对湿度17.7 hPa左右，最热月份相对湿度70%左右，最冷月份相对湿度81%左右[2]。

安装除湿系统是寸滩长江大桥防腐措施的关键技术，目前，

国内除湿系统的设计没有成熟的理论体系和相关设计规范，而干空气在主缆内部的流动极其复杂，涉及多孔介质动力学特性与渗流学相关理论[3]。因此本桥拟采用实桥实验获取主缆条件参数(平均漏气率、存水率等)，主缆送气参数(送气阻力、送气长度、送气压力、送气流量等)。通过这些参数的确定修正原设计参数，建立大气环境对主缆内空气湿度的影响模型。为除湿系统日后运营期间的低电能消耗和低设备损耗运转方式提供数据支撑，同时，为今后同类桥梁的除湿系统设计提供参考依据。

2 实桥实验设计

2.1 总体设计

实验段选择首要条件是满足实桥实验目的，所选实验段应具有代表性，所选取实验段主缆的主要参数(索长，索股数量，主缆直径等)应能代表其他位置主缆，其次考虑在该实验段进行实桥实验应尽量减少对主体施工进度的影响。边跨主缆长度为250 m，具有代表性，满足送气长度的要求。边跨主缆没有吊索安装有利于加快实验进程，且可同时进行缠丝、涂装工作，使得两边跨主缆除湿实桥实验可同时开展，节约实验时间。经过综合分析确定利用两个边跨主缆作为实验段。实验段设置图见图2。

原系统设计方案中，边跨侧主缆已包含一个进气罩和两个出气罩。为获取送气距离对除湿效果的影响，在主缆北边跨下游侧和南边跨上游侧各添加两个临时性气罩作为实验气罩，分别设置在原设计的进气罩和出气罩中间。实验气罩和原气罩都需配置数据采集箱和传感器，用于采集该位置的空气温度T、空气相对湿度R、送气流量f、送气压力P。每个实验段的5个气罩测点及相关采集参数编号如图3所示。

为实现实验目的，实验分为四个阶段完成，每阶段的实验内容如表1所示。

表1 实桥实验内容

2.2 第一阶段实验

2.3 第二阶段实验

第二阶段实验的目的在于通过实桥实验获取该桥主缆送气参数，建立送气流量与送气压力之间的关系模型，并对送气流量、送气压力、泄露率、存水量进行深入分析，修正送气流量、送气压力、送气长度、干燥时间等设计参数。

第一阶段实验完成后，继续向主缆中送入干空气，使主缆内部湿度达到设计要求，当主缆内相对湿度小于50%，开始第二阶段实验。实验时，按照不同的送气距离分别与不同的送气压力和送气流量分工况进行试验，共分为42个工况，每个工况实验时间

为24 h。其中，送气距离以62 m作为梯度，分为62 m，124 m，186 m共3个送气距离工况，送气压力以500 Pa为梯度，分为500 Pa，1 000 Pa，1 500 Pa，2 000 Pa，2 500 Pa，3 000 Pa，3 500 Pa，4 000 Pa八个送气压力工况，送气流量以0.25 m3/min为梯度，分为0.25 m3/min，0.50 m3/min，0.75 m3/min，1 m3/min，1.25 m3/min，1.5 m3/min六个送气流量工况。

结束本阶段试验后，即可计算干空气在主缆内部的阻力。设气罩与索夹间的沿程阻力一致，每个索夹处的局部阻力一致，两个气罩间的总阻力为h,气罩与索夹间的沿程阻力为h1，每个索夹处的局部阻力为h2。则有：h=(P0-P1)/10-3=4h1+3h2=(P0-P3)/10-3。通过代入不同工况下的实验数据，可以计算出不同工况下的局部阻力与沿程阻力。最后利用曲线拟合、参数识别方法得到送气压力、送气流量与主缆内阻力的关系。

2.4 第三阶段实验

本阶段实验目的在于建立大气环境对主缆内空气湿度的影响模型，为主缆除湿运行模式选择提供数据、决策支持。第二阶段实验完成后，根据天气状况，监测对晴天、雨天、阴天等不同天气工况下，主缆内部湿度变化情况。实验时，同步采集温度、湿度、压力、流量四类数据，每个工况的测量都需测量48 h以上，采用曲线拟合的方法分析该天气环境下日、夜温差对主缆内湿度的影响。

2.5 第四阶段实验

本阶段的实验目的是在不同天气工况下分别以微正压送气模式和间断运行模式运营时，确定除湿系统的运营参数，并对两种模式下的设备能耗进行比对，选择低能耗的运转模式及设备运营参数。本阶段的实验需要在第三阶段实验工况下同步进行，即第三阶段实验的某一个天气工况完成后，若天气状况未发生明显改变，可进行该工况下的第四阶段实验。分别采集该天气工况下微正压送气模式和间断送气模式运营时，除湿设备的电压、电流数据。实验前须保证主缆内空气相对湿度为50%。

3 总结与展望

1)实验可以获取实桥主缆条件参数(平均漏气率、存水率等)，主缆送气参数(送气阻力、送气长度、送气压力、送气流量等)。建立大气环境对主缆内空气湿度的影响模型。2)干空气在主缆内部的流动极其复杂，本实验只对除湿系统整体设计与运营进行研究，若考虑主缆内部局部空气的流动情况，可在主缆架设过程中在主缆内部不同深度布设压力传感器、湿度传感器，用于研究干空气在进气罩和排气罩内的渗流参数。

[1] 叶康民.金属腐蚀与防护概论[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2] 中铁大桥勘测设计院集团有限公司.重庆机场专用快速路工程南段——寸滩大桥南引道工程设计说明[Z].

[3] 江苏省长江公路大桥建设指挥部，江苏省交通规划设计院.悬索桥主缆除湿系统关键技术[M].北京：科学出版社，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

刘晓涛(1969- )，男，高级工程师； 戴新军(1978- )，男，工程师

U442

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