基於動撓度的橋梁限載快速監測系統的製作方法

2024-02-24 01:50:15

本發明涉及一種監測系統，具體的，涉及一種基於動撓度的橋梁限載快速監測系統，用於識別行駛過橋梁的卡車整體等效重量是否超過了橋梁實際安全承載範圍，從而對舊橋梁或強震區存在損傷的橋梁進行限載監測。

背景技術：

橋梁限載監測是確保舊橋梁或強震後存在損傷的橋梁繼續安全使用的重要手段。現有的監測方法主要是基於動態稱重技術來實現橋梁限載，其原理是通過測量行駛中車輛的前後輪胎壓力來估計車輛靜止狀態的重量。動態承重系統一般包括一系列壓力感應器和數據採集分析裝置。目前用於動態稱重的壓力傳感器主要有石英諧振式、壓阻彎板式、壓電薄膜式等。石英諧振式、壓阻彎板式傳感器為傳統的壓力傳感器，技術成熟但存在價格昂貴和動態反應慢等缺點，在現代高速公路動態稱重系統應用中受到很大的限制。壓電薄膜傳感器，顯示了出眾的優勢，佔據很大的市場應用，遺憾的是，其仍然存在價格較為昂貴、精確度較低、對現場施工要求度高、傳感器溫漂較大、橫向力對傳感器影響較大等缺點。

動態稱重技術的優點是稱重過程中不影響車輛正常行駛，但也存在明顯的缺點，具體而言，感應器需要布滿各車道下面，安裝和調試麻煩,特別是已經服役了的橋梁。另外基於動態稱重技術實現橋梁限載的方法只基於單一的荷載允許值來判斷通行卡車是否超載，因此需要準確評估出舊橋梁或存在損傷的橋梁的實際承載能力，且未考慮卡車行駛位置不恰當和車速不恰當造成的破壞。

因此，如何能夠降低測量的成本，對於橋梁的限載能力進行一次性的測量，從而簡便快捷的對橋梁的限載進行判斷，成為現有技術亟需解決的技術問題。

技術實現要素：

有鑑於此,本發明的目的是為一些舊公路橋梁提供一套可快速安裝的限載監測系統，確保這些舊橋梁不被重型卡車壓垮。本發明的另外一個目的是為強震發生後，對可能在強震作用下出現損傷但因救災需求得繼續使用的震區大量公路橋梁快速安裝一套限載監測系統，確保救災運輸卡車安全通行和救災生命線的暢通。

具體而言，

本發明公開了一種基於動撓度的橋梁限載快速監測系統，包括橋梁動撓度監測裝置1，數據處理裝置2，車輛信息採集裝置3，和超限信息警示裝置4，

其中所述橋梁動撓度監測裝置1，用於對車輛經過橋梁時動撓度變化進行監測，得到橋梁各時刻的動撓度數據；

車輛信息採集裝置3，用於對車輛在橋梁上行駛的車輛相關信息進行採集；

數據處理裝置2，分別與所述橋梁動撓度監測裝置1和所述車輛信息採集裝置3連接，用於分別接收橋梁各時刻的動撓度數據和所述的車輛相關信息，根據所述橋梁各時刻的動撓度數據，計算出車輛行駛時的最大下凹撓度值，並將最大下凹撓度值與橋梁安全設計撓度允許值進行比較，如果在橋梁安全設計撓度允許值範圍內，則判斷車輛不超限，如果超出橋梁安全設計撓度允許值，則判斷車輛超限，發出警示信息，保存所述車輛相關信息，並將所述車輛相關信息發送給超限信息警示裝置4；

超限信息警示裝置4，用於接收並顯示數據處理裝置2傳輸的所述超限車輛的所述車輛相關信息。

進一步的，所述橋梁動撓度監測裝置包括多個梁體傾斜度感應傳感器11和一個數據採集子裝置12，所述梁體傾斜度感應傳感器11設置在橋梁梁體的多個關鍵位置處，採集所述關鍵位置的縱向傾斜度，由數據採集子裝置12同步採集各監測點的縱向傾斜度，並根據所述縱向傾斜度計算得到橋梁各時刻的動撓度數據。

進一步的，所述梁體傾斜度感應傳感器11為伺服式傾角儀，所述關鍵位置為至少5個。

進一步的，所述車輛信息採集裝置2包括多臺攝像機、圖像識別器以及相應的攝像機固定裝置，在每個車道上安裝1臺攝像機，對橋面通行車輛時的車輛相關信息進行監控採集。

進一步的，所述車輛相關信息包括車輛的車牌號、車型、輪胎數量、行駛位置以及行駛車道。

進一步的，所述超限信息警示裝置4包括野外顯示屏。

進一步的，所述監測系統還包括供電裝置5，用於給整個監測系統提供電源。

進一步的，所述供電裝置5為太陽能供電裝置，包括太陽能板、充放電控制器、蓄電池和相應的固定架。

進一步的，所述監測系統還包括數據遠程發送裝置6和數據遠程接收裝置7，所述數據遠程發送裝置6用於將超限車輛的所述車輛相關信息傳輸至所述數據遠程接收裝置7，所述數據遠程接收裝置7用於接收遠程發送的超限車輛的所述車輛相關信息，並進行保存。

進一步的，所述數據遠程發送裝置6包括無線數據傳輸單元DTU和4G手機卡；所述數據遠程接收裝置7包括伺服器和資料庫。

本發明基於動撓度最大值來判別通行橋梁的卡車等效重量是否超過橋梁的實際安全承載能力，而不是先判斷出車輛的載重，再判別卡車重量是否超限。相對於現有技術，本發明具有如下的優點：

(1)可快速安裝，無需阻斷交通；

(2)不用預先檢測和評估監測橋梁的實際承載能力；

(3)可用於舊公路橋梁或強震區存在損傷的公路橋梁的限載監測，減少橋梁垮塌事件的發生。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中：

圖1是根據本發明的具體實施例的基於動撓度的橋梁限載快速監測系統的裝置示意圖；

圖2是根據本發明的具體實施例的橋梁動撓度監測裝置的示意圖；

圖3是根據本發明的另一個具體實施例的基於動撓度的橋梁限載快速監測系統的測試流程。

1、橋梁動撓度監測裝置；2、數據處理裝置；3、車輛信息採集裝置；4、超限信息警示裝置；5、供電裝置；6、數據遠程發送裝置；7、數據遠程接收裝置；11、梁體傾斜度感應傳感器；12、數據採集子裝置。

具體實施方式

以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。

在橋梁健康監測系統及荷載試驗中，變形是一個極其重要的指標。撓度作為變形的一種描述形式，可以評價橋梁質量及運營狀態，反映橋梁的剛度，是橋梁整體變形最明顯的反應。尤其是橋梁的動撓度，更是橋梁剛度最為實時的反應，是橋梁在車輛荷載作用下最為真實的反應。在車輛荷載作用下，橋梁結構將產生比相同靜荷載作用下更大的變形和應力。因此，對車輛通過橋梁時橋梁的動撓度進行測量，將變化的動撓度最大值與橋梁動撓度設計安全允許值進行比較，能夠快速地判斷橋梁負載是否超限。並且橋梁動撓度的測量簡便、快速，無須阻斷交通。

實施例1：

參見圖1，示出了根據本發明的具體實施例的基於動撓度的橋梁限載快速監測系統的裝置示意圖。該橋梁限載快速監測系統包括橋梁動撓度監測裝置1，數據處理裝置2，車輛信息採集裝置3，和超限信息警示裝置4，

其中所述橋梁動撓度監測裝置1，用於對車輛經過橋梁時動撓度變化進行監測，得到橋梁各時刻的動撓度數據；

車輛信息採集裝置3，用於對車輛在橋梁上行駛的車輛相關信息進行採集。示例性的，所述車輛相關信息包括車輛的車牌號、車型、輪胎數量、行駛位置以及行駛車道。

數據處理裝置2，分別與所述橋梁動撓度監測裝置1和所述車輛信息採集裝置3連接，用於分別接收橋梁各時刻的動撓度數據和車輛的相關信息，根據所述橋梁各時刻的動撓度數據，計算出車輛行駛時的最大下凹撓度值，並將最大下凹撓度值與橋梁安全設計撓度允許值進行比較，如果在橋梁安全設計撓度允許值範圍內，則判斷車輛不超限，如果超出橋梁安全設計撓度允許值，則判斷車輛超限，發出警示信息，保存所述車輛相關信息，並將超限車輛的所述車輛相關信息發送給超限信息警示裝置4；

超限信息警示裝置4，用於接收數據處理裝置2傳輸的所述車輛相關信息，並在相應位置顯示超限車輛的所述車輛相關信息，以達到提示車主，或者提示道路監察管理人員進行相應的安全處理。

所述相應的位置，可以是相關人員容易發現或者觀察到的位置，例如，可以在橋梁的橋頭。

因此，本發明通過對車輛通過橋梁時橋梁的動撓度進行測量，將變化的動撓度最大值與橋梁動撓度設計安全允許值進行比較，能夠快速地判斷橋梁負載是否超限。

進一步的，參見圖2，示出了橋梁動撓度監測裝置的示例性的裝置圖，所述橋梁動撓度監測裝置包括多個梁體傾斜度感應傳感器11和一個數據採集子裝置12，所述梁體傾斜度感應傳感器11設置在梁體的多個關鍵位置處，採集所述關鍵位置的縱向傾斜度，由數據採集子裝置12同步採集各監測點的縱向傾斜度，並根據動態的縱向傾斜度計算得到橋梁各時刻的動撓度數據。

示例性的，所述梁體傾斜度感應傳感器11為高精度伺服式傾角儀，所述關鍵位置為至少5個，將所述高精度伺服式傾角儀設置在箱梁裡的關鍵位置處，由數據採集儀採集到各監測點的縱向傾斜度，並發送給數據處理裝置2，所述數據處理裝置2對各個縱向傾斜度數據進行數位訊號處理和濾波，將數字動態傾斜度信號基於數字積分模型得到梁體各時刻的整跨動撓度曲線，並獲取車輛在經過整個過程中的最大動撓度值，即最大下凹撓度值。

所述數據處理裝置2在計算橋梁動撓度時，可以採用現有技術中的G01NET橋梁動撓度監測軟體，也可以自行編寫相關計算程序以實現。關鍵位置的數量以及具體的位置可以根據橋梁的實際情況進行設定。例如，在設置時，根據被監測梁體的長度均勻布置，採用水泥牢固地固定於箱梁底面的混凝土上。

所述車輛信息採集裝置2包括多臺攝像機、圖像識別器以及相應的攝像機固定裝置，在每個車道上安裝1臺攝像機，對橋面通行車輛時的相關信息進行監控採集，當車輛經過時，車輛信息採集裝置2通過攝像機採集圖像信息，並利用圖像識別器對採集的圖像進行圖像識別處理，得到所述車輛相關信息，並傳輸給所述數據處理裝置2。

超限信息警示裝置4，包括野外顯示屏，例如，可野外使用的防水型警示LED顯示屏，該警示裝置4可以設置在橋頭，也可以設置在檢查站的相應位置。

進一步的，還具有供電裝置5，用於給整個監測系統提供電源。在圖2中，僅示例性的標出供電裝置5與數據處理裝置2電連接，但這僅僅為示例，供電裝置5還與監測系統中的其他裝置電連接。

示例性的，所述供電裝置5為太陽能供電裝置，包括太陽能板、充放電控制器、蓄電池和相應的固定架。

進一步的，所述監測系統還包括數據遠程發送裝置6和數據遠程接收裝置7，所述數據遠程發送裝置6用於將超限車輛的所述車輛相關信息傳輸至所述數據遠程接收裝置7，所述數據遠程接收裝置7用於接收遠程發送的超限車輛的所述的車輛相關信息，並進行保存。

示例性的，所述數據遠程發送裝置6可以無線或者有線的形式進行傳輸，例如，包括無線數據傳輸單元(Data Transfer unit DTU)和4G手機卡；所述數據遠程接收裝置7包括伺服器和資料庫，伺服器接收超限車輛的所述車輛相關信息，並存儲在資料庫內。

實施例2：

本實施例，示出了監測系統的具體的組成設備，以及相應的工作過程。

梁體傾斜度感應裝置1：使用5個以上高精度的伺服式傾角儀，如QY型傾角儀，作為梁體動態傾斜度測量傳感器。所述梁體動態傾斜度測量傳感器安裝在箱梁裡，根據被監測梁體的長度均勻布置，採用水泥牢固地固定於箱梁底面的混凝土上。

數據採集子裝置12：採用24位高精度同步數據採集儀，例如G01NET-2型動態數據採集儀，採樣頻率設置為20Hz以下。

數據處理裝置2：以ARM10晶片為核心，配套外圍電阻和電容構成；或者採用低功耗的微型電腦，如工控電腦GK1037。

車輛信息採集裝置3：採用LHC-S02車輛信息監控終端，再配套多臺無線網絡智能攝像頭，如LS-C4型攝像頭。

超限信息警示裝置4：採用可野外使用的防水型警示LED顯示屏，如威斯安的DT型警示設備。

太陽能供電裝置5：由一塊200W太陽能電池、一個12V200AHQ鉛酸蓄電池、一個充放電控制器如C2C1R2大電流充放電裝置等配套機箱和安裝架子構成。可以包含穩壓裝置，例如採用U250W穩壓裝置。

數據遠程傳輸裝置6：採用由CC2530晶片為核心而構成的DRF2617A-ZigBee無線裝置。

數據遠程接收裝置7：採用一套普通電腦，並將電腦配設1個固定IP或在單位的區域網裡映射一個對外埠，再安裝一套擁有SQL網絡資料庫的車輛信息管理軟體，如美泉的MQ-DZ車輛信息管理軟體。

參見圖3，示出了利用該監測系統進行監測的具體流程。

首先，基於設計資料查詢獲得橋梁撓度設計的安全允許值，並存儲在數據處理裝置2。

與此同時，當載重車輛經過橋梁時，橋梁動撓度監測裝置1和車輛信息採集裝置3分別對橋梁的動撓度以及車輛信息進行採集。

橋梁動撓度監測裝置1在梁體的5個關鍵位置處設置高精度的伺服式傾角儀，採集所述關鍵位置的縱向傾斜度，由數據採集子裝置12同步採集各監測點的縱向傾斜度，並發送給數據處理裝置2，所述數據處理裝置2對各個縱向傾斜度數據進行數位訊號處理和濾波，將數字動態傾斜度信號基於數字積分模型得到梁體各時刻的整跨動撓度曲線，從而獲取車輛在經過整個過程中的最大動撓值。

車輛信息採集裝置3在每個車道上安裝1臺攝像機，對橋面通行車輛時的相關信息進行監控採集，當車輛經過時，車輛信息採集裝置2通過攝像機採集圖像信息，並利用圖像識別器對採集的圖像進行圖像識別處理，得到所述車輛相關信息，並傳輸給所述數據處理裝置2。

數據處理裝置2將實時測量的最大下凹動撓值與橋梁安全設計撓度允許值進行比較，判斷其比值，如果比值小於等於1，則說明在橋梁安全設計撓度允許值範圍內，判斷車輛不超限；如果比值大於1，則說明超出橋梁安全設計撓度允許值，判斷車輛超限，發出警示信息，將所述車輛相關信息發送給超限信息警示裝置4，由超限信息警示裝置4在橋頭進行顯示，並保存所述車輛相關信息，將所述車輛相關信息通過數據遠程發送裝置6傳輸至數據遠程接收裝置7，由所述數據遠程接收裝置7在遠程進行接收和保存。

因此，本發明基於動撓度最大值來判別通行橋梁的卡車等效重量是否超過橋梁的實際安全承載能力，不是先判斷出車輛的載重，再判別卡車重量是否超限。相對於現有技術，本發明具有如下的優點：

(1)可快速安裝，無需阻斷交通；

(2)不用預先檢測和評估監測橋梁的實際承載能力；

(3)可用於舊公路橋梁或強震區存在損傷的公路橋梁的限載監測，減少橋梁垮塌事件的發生。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。