大跨徑橋梁結構撓度監測方法
2023-12-10 10:16:17 1
專利名稱：大跨徑橋梁結構撓度監測方法
技術領域：
本項發明屬於梁工程技術領域，具體涉及一種大跨徑橋梁結構安全(健康)監測系統中結構撓度監測(測量)方法。
背景技術：
大型橋梁投資巨大，對於社會與經濟發展影響深遠。在橋梁設計、施工、運營等環節，任何微小的疏忽都可能釀成重大損失甚至災難性事故，輕則影響交通、消耗大量維修費用，重則橋毀人亡、造成巨大的人員傷亡與財產損失。
確保大跨徑橋梁運行階段的安全性，是全世界橋梁工程界和政府管理當局的一個嚴峻課題，同時也是一個管理和決策上的普遍共性問題，具有極大的社會、經濟、科學意義。20世紀90年代初國外開始研究大跨徑橋梁的安全(健康)監測系統，橋梁安全(健康)監測系統是一個龐大的、複雜的、綜合的技術性系統，它包括橋梁關鍵部位的關鍵參數測量、大量測試數據的現場採集、數據與指令的遠程傳輸、數據儲存與處理、結構安全狀態的評價與預警等內容。橋梁安全(健康)監測系統主要能夠對橋梁結構的安全狀態進行監控與評估，即通過其在橋梁運營中所獲得的結構及環境信息，不僅為橋梁維護、維修與管理決策提供依據和指導，還為橋梁的理論研究與試驗提供最真實的第一手信息，以便驗證大橋的理論模型、結構設計、計算假定，並用於反饋指導結構設計方法、施工工藝與相應的規範標準等的改進。
橋梁結構的變形是最直接和直觀的安全指標之一，因此在橋梁結構安全(健康)監測系統中橋梁結構的變位(撓度)監測常被列為最主要的監測內容之一。目前監測變位的主要手段有攝像機加網格靶的方法、紅外線測量機器人的方法、光電撓度傳感器與開放式連同管的方法和全球定位測量系統(GPS)等方法。其中攝像機加網格靶的方法早期在英國曾經採用過；紅外線測量機器人的方法在上海盧浦大橋監測系統中使用過，這個方法存在要求通視、不能同步測量、反射稜鏡清潔困難、測量機器人維護難等主要缺點；光電撓度傳感器與開放式連同管的方法在重慶大佛寺長江大橋安全監測系統中主梁撓度測量子系統中使用，它的主要缺點是液面易揮發和汙染、液體慣性力引起液面不穩定等，其中最主要的缺點是需要提供水平面、影響美觀，而大跨徑橋梁縱坡較大時根本無法滿足這個要求；全球定位測量系統(GPS)需要藉助衛星來定位測量，存在精度較差、成本高、受外界幹擾大、測點少等主要缺點。由上所述，因結構撓度監測方法的缺少已經影響到結構安全(健康)監測的發展。
發明內容
本發明的目的在於提出一種測量穩定性好、測量範圍大、測量成本低的大跨徑橋梁結構撓度監測方法，以克服目前各種監測方法存在的缺點，滿足實際工程對結構變形監測的需求。
本發明提出的大跨徑橋梁結構撓度監測方法，是一種通過測壓來監測結構變形的方法。具體方案如下首先利用水箱、水管和普通城市供水建立全橋壓力場，具體是將水箱按照設計高度固定在橋梁不變位的地方，用一根水平方向的鋼管將水壓設置到需要測量變形的部位並固定，使鋼管與被測量橋體一起變形；將優質、高精度、高靈敏度的壓力變送器設置在橫向鋼管上各個測量點上，使該處壓力的變化轉換成撓度的改變；各測量點上的壓力變送器通過電纜線與集線箱和A/D轉換器連接，最後通過計算系統在監控中心進行監控。其工作原理參見附圖1所示。很明顯由於設置在主梁上的測點將隨著結構一起變形，與固定在不變位的水箱內液面之間形成高度改變，導致測點處壓力改變，變送器將壓力轉換成模擬信號，再經採集系統轉換為撓度變化。
本發明的優點是(1)測點處沒有水平面從而液體不易揮發、液面不易汙染和液面不易波動(影響測量穩定性)；(2)變形過程中水箱水平面上、下不會改變，從而提高了測量穩定性；(3)不影響橋梁外形美觀；(4)測量範圍大，且具有耐久性。
圖1為用壓力場測量橋梁變形的工作原理示意圖。
圖2為實施例中，利用本發明方法測量某大橋的數據處理系統顯示主梁高程變化。
圖中標號1為水箱，2為水平鋼管，3為壓力變送器，4為連接電纜，5為集線箱，6為A/D轉換器，7為計算監測系統。
具體實施例方式
本發明提出的大跨徑橋梁結構撓度監測方法已經在我國南方某大橋的結構安全監測系統中試用。該大橋為預應力混凝土斜拉橋，主跨340米，全橋在橋面上、下遊分別設置17個監測點，相應有17個壓力變送器3。另外再設置一個參考點以考慮水箱水平面的變化。水箱1採用不鏽鋼材料，設置於橋梁主跨的橋墩處。水平鋼管2採用內徑為50mm的鍍鋅水管，與水箱1的底部連通，在監測點與壓力變送器3連接。壓力變送器的連接電纜4採用2×32/0.2 RVVP電纜，集線箱5、A/D轉換器6均為通常設備，計算監測系統也為通常的系統。如圖1所示連接。經過數月的運行，證明本發明方法是可靠的，數據非常穩定，避免了以往所採用的監測系統的常見弱點，具有很高的實用價值。圖2為數據處理軟體顯示的2003年10月8日約14時的主梁變形曲線。
權利要求
1.一種大跨徑橋梁結構撓度監測方法，其特徵在於將水箱按照設計高度固定在橋梁不變位的地方，用一根水平方向的橫鋼管將水壓設置到需要測量變形的部位並固定，使鋼管與被測橋體一起變形；將壓力變送器設置於橫向鋼管的各個測量點上，使該處的水壓變化轉換成撓度的改變；各測量點上的壓力變送器通過電纜線與集線箱和A/D轉換器連接，最後通過計算機系統在監控中心進行監控。
2.一種大跨徑橋梁結構撓度監測系統，其特徵在於由水箱、鋼管、壓力變送器、電纜線、集線箱、A/D轉換、計算機監測系統組成，水箱設置於橋梁不變位的地方，鋼管水平方向設置，與水箱連通，並引向橋梁上需要測量變形的部位、固定，使鋼管與被測橋體一起變形；壓力變送器設置於橫向鋼管的各個測量點上，並通過電纜線與集線箱和A/D轉換器連接，最後與計算機監控系統連接。
全文摘要
本發明為一種大跨徑橋梁結構安全監測系統中結構撓度監測方法。它首先用水箱、水管和城市供水建立全橋壓力場，水箱設置於橋梁不變位的部位，水管水平設置，將水壓引向橋梁變形部位，並與被測部分固定。採用壓力變送器將壓力變化轉換成撓度的改變，再由計算機系統進行監控。本發明由水箱、水管、壓力變送器、A/D轉換器、計算機等組成監測系統。本發明測量穩定性好，測量範圍大，測量成本低，具有很高的實用價值。
文檔編號G06F3/00GK1542405SQ20031010844
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月6日 優先權日2003年11月6日
發明者陳德偉 申請人:同濟大學