一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置论文和设计-王润建

全文摘要

本实用新型涉及一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置，其包括基准线固定端，在横向桥梁结构下方，位于所述横向桥梁结构一侧的垂直桥梁结构的顶部内侧设置有所述基准线固定端，位于所述横向桥梁结构另一侧的所述垂直桥梁结构的顶部内侧设置有所述基准线自由端；位于所述基准线固定端与所述基准线自由端之间设置有所述基准线，并在所述基准线自由端处设置有与所述基准线连接的所述悬吊重物；在所述基准线的中部设置有所述位移传感器模块，所述位移传感器模块将检测到的位移信号传输至所述高频采集及传输模块。本实用新型能提高设备采样频率、测试精度，实现重车过桥实时安全预警及结构长期损伤离线预警，确保桥梁的运营安全。

主设计要求

1.一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置，其特征在于：包括基准线固定端、基准线自由端、悬吊重物、基准线、位移传感器模块和高频采集及传输模块；在横向桥梁结构下方，位于所述横向桥梁结构一侧的垂直桥梁结构的顶部内侧设置有所述基准线固定端，位于所述横向桥梁结构另一侧的所述垂直桥梁结构的顶部内侧设置有所述基准线自由端；位于所述基准线固定端与所述基准线自由端之间设置有所述基准线，并在所述基准线自由端处设置有与所述基准线连接的所述悬吊重物；在所述基准线的中部设置有所述位移传感器模块，所述位移传感器模块将检测到的位移信号传输至所述高频采集及传输模块。

设计方案

2.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述基准线固定端采用挂钩或三角支架，所述挂钩或三角支架上设置有连接用的卡口，所述基准线固定端通过植筋与所述垂直桥梁结构连接；所述基准线自由端采用定向滑轮或滑轮组，通过植筋与所述垂直桥梁结构连接。

3.如权利要求2所述装置，其特征在于：所述基准线一端通过所述卡口与所述基准线固定端连接，所述基准线另一端通过所述定向滑轮或滑轮组进行水平到竖向的转向，转向后位于竖向的所述基准线末端连接有所述悬吊重物。

4.如权利要求1至3任一项所述装置，其特征在于：所述位移传感器模块包括可伸缩支架、位移传感器和接触固定卡扣；所述可伸缩支架一端通过植筋与所述横向桥梁结构底部连接，另一端与所述位移传感器固定连接；所述位移传感器的测杆通过所述接触固定卡扣与所述基准线接触。

5.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述位移传感器采用压差式位移传感器、激光位移传感器或图像类位移传感器。

6.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述高频采集及传输模块包括采集电缆、高频采集仪和数据传输装置；所述采集电缆一端与所述位移传感器连接，另一端接入所述高频采集仪，所述高频采集仪实时采集数据，并通过所述数据传输装置把采集到的数据传输至外部的远端监控中心。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于：所述数据传输采用4G模块、局部无线网传设备或光缆。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种桥梁结构变形监测领域，特别是关于一种基于基准线的中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置。

背景技术

在中小跨径桥梁结构中，主梁挠度和应变(应力)是反映桥梁结构安全状况的两个重要参数，通过监测它们在荷载作用下的变化，可以及时发现桥梁结构状态的变化信息。因此，在桥梁结构健康监测系统中，它们都被选择为关键的监测参数。应变是局部响应参数，受混凝土均质性和结构开裂的影响，测试结果很难进行分析，只能作为辅助参数。挠度是整体响应参数，桥梁在各种荷载和环境作用下的性能以及桥梁结构自身材料的变异，都可通过挠度反映出来。

然而，由于挠度感知通常是在桥梁处于运营时进行，其挠度成分异常复杂：包括静态挠度(混凝土的收缩、徐变、预应力钢筋的松弛、材料退化、墩台沉降等作用下产生的挠度)、拟静态挠度(温差作用下产生的挠度)和动态挠度(汽车、人群、风、波浪等作用下产生的挠度)，使得挠度的测量成为桥梁所有感知参数中最难以获得的参量之一。中小跨径桥梁，由于其跨径小，车辆荷载过桥时间短，变形较小，这就对中小跨径桥梁挠度感知设备提出了更高的要求，要精准的监测到中小跨径桥梁在运营荷载作用下的挠度变化，需具备以下两个条件：(1)较高的采样频率；(2)仪器设备要有较高的精度。

目前，中小跨径桥梁挠度监测主要有以下两种方式：(1)采用精密水准仪人工定期测量；(2)采用静力水准系统实时在线监测。精密水准仪人工定期测量，只能测量梁体长期下挠趋势，不能进行实时在线监测。测量时如不封闭桥面交通，车辆经过时引起的振动对测量结果有较大影响，且不同测量时间对应的温度无法保证一致，因此采用该方法测量的桥面长期下挠结果准确性无法保证。静力水准实时在线监测系统，利用连通器原理，将基准点与监测点液体灌相互连通，实时测量监测点与基准点的相对压力变化(或液位变化)，计算出监测点相对于基准点的变化量。该系统主要是由于液体的粘滞作用，静力水准仪管路内部的液体需要时间才能流动并且平衡，那么，在这段时间内，就无法实现高速测量梁体的位移变化量。同时液体物理特性、液体蒸发、温度变化不均匀、压强等均对测量精度有较大影响。

国内外文中已有关于桥梁挠度监测技术的介绍，常见的方法包括百分表、倾角仪、加速度计、连通管法、光纤位移传感器、差分GPS、数字图像法和激光测距法等，但这些方法也各有优缺点，还不能实现中小跨径桥梁动挠度高精度、快速、实时、长期监测。

发明内容

针对中小跨径桥梁挠度变形的特点以及目前桥梁挠度测试方法不足的问题，本实用新型的目的是提供一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置，其能提高设备采样频率、测试精度，实现了重车过桥实时安全预警及结构长期损伤离线预警，确保桥梁的运营安全。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置，其包括基准线固定端、基准线自由端、悬吊重物、基准线、位移传感器模块和高频采集及传输模块；在横向桥梁结构下方，位于所述横向桥梁结构一侧的垂直桥梁结构的顶部内侧设置有所述基准线固定端，位于所述横向桥梁结构另一侧的所述垂直桥梁结构的顶部内侧设置有所述基准线自由端；位于所述基准线固定端与所述基准线自由端之间设置有所述基准线，并在所述基准线自由端处设置有与所述基准线连接的所述悬吊重物；在所述基准线的中部设置有所述位移传感器模块，所述位移传感器模块将检测到的位移信号传输至所述高频采集及传输模块。

进一步，所述基准线固定端采用挂钩或三角支架，所述挂钩或三角支架上设置有连接用的卡口，所述基准线固定端通过植筋与所述垂直桥梁结构连接；所述基准线自由端采用定向滑轮或滑轮组，通过植筋与所述垂直桥梁结构连接。

进一步，所述基准线一端通过所述卡口与所述基准线固定端连接，所述基准线另一端通过所述定向滑轮或滑轮组进行水平到竖向的转向，转向后位于竖向的所述基准线末端连接有所述悬吊重物。

进一步，所述位移传感器模块包括可伸缩支架、位移传感器和接触固定卡扣；所述可伸缩支架一端通过植筋与所述横向桥梁结构底部连接，另一端与所述位移传感器固定连接；所述位移传感器的测杆通过所述接触固定卡扣与所述基准线接触。

进一步，所述位移传感器采用压差式位移传感器、激光位移传感器或图像类位移传感器。

进一步，所述高频采集及传输模块包括采集电缆、高频采集仪和数据传输装置；所述采集电缆一端与所述位移传感器连接，另一端接入所述高频采集仪，所述高频采集仪实时采集数据，并通过所述数据传输装置把采集到的数据传输至外部的远端监控中心。

进一步，所述数据传输采用4G模块、局部无线网传设备或光缆。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型围绕中小跨径桥梁跨径小、车辆通过时间短的特点，以准确、真实的采集到运营荷载作用下结构响应为出发点，提高了设备采样频率、测试精度，实现了重车过桥实时安全预警及结构长期损伤离线预警，确保桥梁的运营安全。2、本实用新型有效地解决了中小跨径桥梁挠度实时在线高频、高精度监测的技术难题，可适用于10-200m跨径桥梁挠度全天候24小时实时在线监测，具有采样速度快、精度高，能采集到车辆过桥真实的动态挠度，可实现重车过桥实时预警，使技术人员准确掌握桥梁的运行状态，当桥梁存在严重安全隐患时，及时预警并制定有针对性的管养措施，从而避免灾难性事故的发生，具有较强的实用价值和现实意义。3、本实用新型安装方便，可根据桥梁跨径选用基准线直径、配重大小、传感器量程等标准化产品，实现快速选型、安装。4、本实用新型可实现对任何类型的桥梁结构进行安装，对于梁格结构(T梁、装配式小箱梁、I形梁)可安装在梁格之间，对于箱梁，可安装在箱内两横隔板之间，上述两种安装方式传感器测量数据为梁体的直接下挠，无需进行支座变形修正。对于跨径较小的桥梁可安装两墩台之间，支座变形微小，也无需进行修正。5、本实用新型的高频采集及传输模块，可实现挠度数据的实时采集，可通过4G模块实现远距离传输，无线实现中短距离传输，也可通过光缆实现有线传输至监控中心，无需另外开发或购置采集及传输设备。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置，其包括基准线固定端1、基准线自由端2、基准线3、悬吊重物4、位移传感器模块5和高频采集及传输模块6。

在横向桥梁结构下方，位于横向桥梁结构一侧的垂直桥梁结构的顶部内侧设置有基准线固定端1，位于横向桥梁结构另一侧的垂直桥梁结构的顶部内侧设置有基准线自由端2。位于基准线固定端1与基准线自由端2之间设置有基准线3，并在基准线自由端2处设置有与基准线3连接的悬吊重物4。在基准线3的中部设置有位移传感器模块5，位移传感器模块5将检测到的位移信号传输至高频采集及传输模块6。

上述实施例中，基准线固定端1可以采用挂钩或三角支架，挂钩或三角支架上设置有连接用的卡口，基准线固定端1通过植筋与垂直桥梁结构连接。基准线自由端2采用定向滑轮或滑轮组，通过植筋与垂直桥梁结构连接。

上述各实施例中，基准线3一端通过卡口与基准线固定端1连接，基准线3另一端通过定向滑轮或滑轮组进行水平到竖向的转向，转向后位于竖向的基准线3末端连接有悬吊重物4。从而保证了基准线3一端与基准线固定端1固定，另一端通过基准线自由端2实现自由，且基准线3所受拉力恒定(为悬吊重物4的重量或整倍数)。

上述各实施例中，位移传感器模块5包括可伸缩支架、位移传感器和接触固定卡扣。可伸缩支架一端通过植筋与横向桥梁结构底部连接，另一端与位移传感器固定连接，通过可伸缩支架来调节位移传感器的初始值基本位于传感器量程的中间；位移传感器的测杆可通过接触固定卡扣与基准线3接触。

其中，位移传感器可以采用压差式位移传感器、激光位移传感器或图像类位移传感器等具备高频感知功能的传感器；通过激光位移传感器或图像类位移传感器采用非接触的方式感知与基准线3的距离变化。

上述各实施例中，高频采集及传输模块6可实现对高频传感器感知数据的实时采集及传输，其包括采集电缆、高频采集仪和数据传输装置。采集电缆一端与位移传感器连接，另一端接入高频采集仪，高频采集仪实时采集数据，并通过数据传输装置把采集到的数据传输至外部的远端监控中心。其中，数据传输可采用4G模块、局部无线网传设备或光缆等。

上述各实施例中，基准线固定端1、基准线自由端2、悬吊重物4和基准线3构成参考基准线，可以安装在两盖梁或桥墩之间，也可安装在同跨两端横隔板之间，或安装在梁体侧面等桥梁结构上。

综上所述，当桥梁需要安装健康监测系统时，可通过本实用新型对桥梁结构挠度进行实时在线、高频监测，并可将监测数据传输中远程监控中心，实现重车过桥实时安全预警。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

设计图

一种中小跨径桥梁挠度实时在线高频监测装置论文和设计

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设计说明书

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