CN101050992A - 桥梁挠度监测系统 - Google Patents

Abstract

一种桥梁挠度监测系统，属于桥梁监测技术领域。本发明包括警示电路，数据读取设备，计算机，测点处机构，所述的测点处机构与警示电路通过导线相连。本发明在监测成本和效果之间达到了较好的平衡，能实现桥梁挠度监测的主要目的，降低了监测成本，同时避免了大量冗余数据的出现。从系统本身来说，具有安装与维护简便、量程大、不受恶劣天气的限制，具有广泛的适用性等优点。

Description

桥梁挠度监测系统

技术领域

本发明涉及的是一种检测技术领域的设备，特别是一种桥梁挠度监测系统。

背景技术

桥梁的挠度是指桥梁上某一横截面处的形心在垂直于轴的方向发生的纵向线位移的大小。挠度是评价桥梁安全性的重要参数之一，它与桥梁的承载能力及抵御地震等破坏性荷载的能力密切相关，而且过大的挠度会直接影响桥面行车的速度和舒适性。因此对挠度的监测是桥梁健康监测中的重要部分。

对桥梁挠度进行监测所需要达到的主要功能有：(1)监测桥梁上某横截面处发生的挠度值，并获得挠度沿桥梁横向分布的规律。由于桥梁上有无数多个连续分布的点，对每个点的挠度都进行监测是不可能的，也没有必要，所以一般是在桥梁上选取若干个点来获取挠度数据，这些被选取的点就称为测点。桥梁上预期挠度最大的点和主梁两端边缘处的点一般都应被选为测点，除此之外桥梁长度方向上的任意点都可作为测点，由测量者根据情况自由选定。然后根据这些测点在桥梁上的相对位置和挠度值，进行数据拟合后得到挠度横向分布的规律。(2)将监测到的挠度数据与桥梁相关规范中规定的挠度允许值进行对比，及时发现实测挠度达到最大允许值的情况。

经对现有技术的文献检索发现，杨建春，陈伟民在《传感器与微系统》，2006年，第25卷第9期，1～3页发表的“桥梁结构挠度自动监测技术的现状与发展”中：虽然介绍的方法能达到挠度监测的目的，但是，在监测成本和效果之间没能做到很好的平衡，监测成本有不断增高的趋势，采集到的数据却出现大量冗余，造成了财力物力的浪费。

发明内容

本发明的发明目的在于克服现有技术之不足，提供一种桥梁挠度监测系统，可以有效地进行挠度监测，避免了采集到的数据出现大量冗余的问题，同时也降低了监测成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括数据读取设备、计算机、警示电路，测点处机构；测点处机构与警示电路通过导线相连，数据读取设备独立放置，计算机同样也独立放置，所述的测点处机构(为了监测指定测点处的挠度而在该处附加布置的杆状机构)，是指：布置于桥梁上预期挠度最大的测点处的第一类吊杆，布置于主梁边缘处的测点处的第二类吊杆，布置于剩余测点处的第三类吊杆。

所述的第一类吊杆，其中间杆竖直向下，两个竖向边杆分布在左右两边。竖向中间杆和竖向边杆之间由水平横杆连接。在两个竖向边杆上设有标准尺寸刻度(刻度的零点设在最下端)，且在竖向边杆上到下端的距离为指定值(该指定值为该测点处与相邻测点处之间允许发生的挠度差值，根据设计规范和桥梁的实际尺寸参数可得)处设有电极。

所述的第二类吊杆，其形状呈筒状，为竖向布置的开口空心杆，在其下端开口处设有电极。

所述的第二类吊杆，其截面形状是：圆形，矩形，多边形任一种。

所述的第三类吊杆，其形状呈双条竿状，包括竖向的开口空心杆和实心曲形杆两部分。在开口空心杆的下端底部设有电极。实心曲形杆又包括水平横杆和竖向边杆两部分，在竖向边杆上设有标准尺寸刻度(刻度的零点设在最下端)，且在竖向边杆上到下端的距离为指定值(该指定值为该测点处与相邻测点处之间允许发生的挠度差值，根据设计规范和桥梁的实际尺寸参数可得)处设有电极。

所述第三类吊杆的开口空心杆，其截面形状是：圆形，矩形，多边形任一种。

所述的吊杆，第一类吊杆、第二类吊杆、第三类吊杆它们之间的连接关系是：第一类吊杆的竖向边杆伸入相邻的第三类吊杆的开口空心杆内，第一类吊杆的水平横杆的上表面与所述开口空心杆的下端面在竖直方向上紧密接触；每个第三类吊杆的竖向边杆伸入相邻吊杆(第三类吊杆或第二类吊杆)的开口空心杆内，其水平横杆的上表面同样与开口空心杆的下端面在竖直方向上紧密接触。这样，各第二类吊杆和第三类吊杆的开口空心杆在竖直方向刚好完全包容内部的竖向边杆。三类吊杆之所以如此进行设计和连接，出发点和功能在于：当桥梁发生下挠时，以上吊杆会随所在测点发生下降，其竖向下降量可认为等同于所在测点处的挠度。由于各相邻测点处出现的挠度值是不同的，因此各相邻吊杆的下降幅度不同。按照前述的吊杆间连接关系，在挠度出现前，各第二类吊杆和第三类吊杆的开口空心杆在竖直方向是刚好完全包容了内部的竖向边杆的，而挠度出现后，相邻吊杆下降幅度的差异将导致竖向边杆相对于所在的开口空心杆会发生一定的竖向位移。这一相对位移值就反映出了相邻测点处挠度值的差异。竖向边杆上设置的标准尺寸刻度可以使这一相对位移值清楚地显现出来，为下一步获取各测点的挠度值提供了基础。

所述的第一类吊杆，其形状如“山”字。

所述的警示电路，布置于各个第二类吊杆和第三类吊杆中的开口空心杆附近；包括电源、信号装置、导线，导线将电源和信号装置串联，并一端连接开口空心杆开口处布置的电极，另一端连接开口空心杆内含的竖向边杆上的电极。警示电路的功能是：当监测到的相邻测点处的挠度差值达到桥梁设计规范所允许的最大值时能发出警示信号。这一功能通过如下方式实现：根据前述设计，当两相邻测点处的挠度差值达到允许的最大值时，对应于各内含于开口空心杆内的竖向边杆上布置的电极将下降到所在空心杆的开口处，与该处布置的电极相接触的情况，从而使警示电路接通，信号装置开始工作，发出警示信号。

所述的数据读取设备，可选自摄像头、数码相机或者望远镜等任一种。观测者使用它来获取设置有刻度的竖向边杆上显示出的刻度数值。

本发明的基本工作过程和原理：

在待测桥梁出现挠度之后，根据以上对三类吊杆设计和连接方案的说明，这三类吊杆的设计和连接方案可以使各相邻测点之间出现的挠度差值体现为各个设置有刻度的竖向边杆上显示出的刻度数值，观测者使用数据读取设备获取这些刻度值后，在计算机上处理这些数据，可达到挠度监测的其中一个主要功能，即得到各测点的挠度值以及桥梁横向上挠度分布的规律。当各测点处的挠度值达到最大允许值时，对应于各相邻测点处的挠度差值也达到最大允许值的情况，根据前述警示电路的设计方案，此时将接通警示电路，发出信号，从而实现了挠度监测的另一主要功能。

本发明达到的上述主要功能，其结构上具有的特点：

所述的数据读取设备，不与其他部件物理上有任何连接；所述的计算机同样不与其他部件物理上有任何连接，采集到的信息是通过人工输入到计算机的。数据读取设备和计算机在本发明中完成第一个主要功能。所述的测点处机构与警示电路通过导线相连，在本发明中完成第二个主要功能。

本发明的有益效果：

本发明在监测成本和效果之间达到了较好的平衡，能实现桥梁挠度监测的主要目的，降低了监测成本，同时避免了大量冗余数据的出现。从系统本身来说，本系统安装与维护简便、量程大、不受恶劣天气的限制，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为第一类吊杆的结构示意图。

图3为第二类吊杆的形状示意图。

图4为图3的A-A剖面示意图。

图5为第三类吊杆的形状示意图。

图6为图5的B-B剖面示意图。

图7为警示电路示意图。

图8为数据处理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

对需要进行挠度监测的指定桥梁，首先，在其上选定若干挠度测点，根据挠度分布的定性规律确定预期挠度最大的测点，在该处布置第一类吊杆1，形状如“山”字如附图2所示，在其竖向边杆上距离底部为a的位置处设置电极4，a的取值为该测点与相邻测点之间允许发生的挠度差值，这一差值根据设计规范和桥梁的实际尺寸参数可得。其次，在桥梁主梁两端边缘处的测点布置筒状的第二类吊杆2，如附图3所示，剖面示意图见附图4，截面形状可自由选择(可选择圆形，矩形，多边形等任一种)。在第二类吊杆2的下端开口处设置电极5。最后，在其余测点处布置第三类吊杆3，形状呈双条竿状，如附图5所示，剖面示意图见图6，开口空心杆的截面形状可自由选择(如圆形，矩形，多边形等任一种)。根据挠度分布的定性规律，使第三类吊杆3的开口空心杆部分相比于实心曲形杆部分位于预期挠度较大的一侧，以适应桥梁出现挠度后变形的规律。在其开口空心杆的底部设置电极6，在竖向边杆上距离底部为b的位置处设置电极7，b的取值同样为该测点和相邻测点之间允许发生的挠度差值。

布置完上述三类吊杆后，将第一类吊杆1的竖向边杆伸入相邻的第三类吊杆3的开口空心杆内，第一类吊杆1的水平横杆的上表面与所述开口空心杆的下端面在竖直方向上紧密接触；每个第三类吊杆3的竖向边杆伸入相邻吊杆(第三类吊杆3或第二类吊杆2)的开口空心杆内，其水平横杆的上表面同样与开口空心杆的下端面在竖直方向上紧密接触。这样，各第二类吊杆2和第三类吊杆3的开口空心杆在竖直方向刚好完全包容内部的竖向边杆。

接着，在第二类吊杆2的开口空心杆附近布置警示电路8，电路连接示意图见图7，包括电源9、信号装置10和导线11。导线11将电源9和信号装置10串联起来，并一端连接开口空心杆底部的电极5，另一端对应连接内含的竖向边杆上的电极7。在第三类吊杆3的开口空心杆附近同样布置警示电路8，导线11将电源9和信号装置10串联起来，并一端连接开口空心杆底部的电极6，另一端对应连接内含的竖向边杆上的电极4(当内含的是第一类吊杆的竖向边杆时)或者电极7(当内含的是相邻第三类吊杆的竖向边杆时)。

布置完上述各部件之后，可以开始对桥梁的挠度进行监测。当挠度出现以后，观测者使用数据读取设备12(摄像头、数码相机或者望远镜等任一种)来获取设置有刻度的竖向边杆上显示出的刻度数值，具体方式可采用摄像头实时自动记录刻度数值，也可采用数码相机或者望远镜来根据需要对刻度数值进行人工的不定时读取。根据三类吊杆的设计和连接方案，这些竖向边杆上显示出的刻度数值等同于各相邻测点之间出现的挠度差值。

然后观测者对该数值输入并通过计算机进行处理，得到各测点的挠度值以及桥梁横向上挠度分布的规律。具体处理方法是：如附图8所示，从主梁边缘向跨中方向考察，因为边缘处挠度为零，该处读取的挠度差值x₁就是相邻测点1的挠度值，1处读取的挠度差值x₂加上x₁即为测点2处的挠度值x₁+x₂，同理，测点3处的挠度值为x₁+x₂+x₃，以此类推，可得到各个测点处的挠度值。然后根据这些挠度值以及测点的位置，由数据处理软件进行拟合分析后可得挠度沿桥梁横向的分布规律。

当桥梁挠度的发展使得各测点处的挠度值达到最大允许值时，各相邻测点处的挠度差值也达到了最大允许值，此时，各竖向边杆上的电极4，电极7与所在空心杆的开口处布置的电极6，电极5相接触，使警示电路8接通，信号装置9发出警示信号。信号装置9可以是指示灯，当电路接通时发亮作为警示信号，也可以是发声器件，当电路接通时发出声音作为警示信号。

从以上实施例可以看出，本挠度监测系统布置简便，工作机理清楚明了，达到了监测的主要目的，监测成本较低，而且避免了大量冗余数据的出现。

Claims (10)

1.一种桥梁挠度监测系统，包括数据读取设备、计算机、警示电路，其特征在于，还包括测点处机构；测点处机构与警示电路通过导线相连，数据读取设备独立放置，计算机同样也独立放置；所述的测点处机构，是指：布置于桥梁上预期挠度最大的测点处的第一类吊杆，布置于主梁边缘处的测点处的第二类吊杆，布置于剩余测点处的第三类吊杆。

2.如权利要求1所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的第一类吊杆，中间杆竖直向下，两个竖向边杆分布在左右两边，竖向中间杆和竖向边杆之间由水平横杆连接；在两个竖向边杆上设有标准尺寸刻度，且在竖向边杆上到下端处设有电极。

3.如权利要求1所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的第二类吊杆，其形状呈筒状，为竖向布置的开口空心杆，在其下端开口处设有电极。

4.如权利要求1或3所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述第二类吊杆，其截面形状是：圆形，矩形，多边形任一种。

5.如权利要求1所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的第三类吊杆，其形状呈双条竿状，包括竖向的开口空心杆和实心曲形杆两部分；在开口空心杆的下端底部设有电极；实心曲形杆又包括水平横杆和竖向边杆两部分，在竖向边杆上设有标准尺寸刻度，且在竖向边杆上到下端处设有电极。

6.如权利要求1或5所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述第三类吊杆，其开口空心杆的截面形状是：圆形，矩形，多边形任一种。

7.如权利要求1至5任一所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的吊杆，第一类吊杆、第二类吊杆、第三类吊杆它们之间的连接关系是：第一类吊杆的竖向边杆伸入相邻的第三类吊杆的开口空心杆内，第一类吊杆的水平横杆的上表面与所述开口空心杆的下端面在竖直方向上紧密接触；每个第三类吊杆的竖向边杆伸入相邻第三类吊杆或第二类吊杆的开口空心杆内，其水平横杆的上表面同样与开口空心杆的下端面在竖直方向上紧密接触；各个第二类吊杆和第三类吊杆的开口空心杆在竖直方向刚好完全包容内部的竖向边杆。

8.如权利要求7所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的第一类吊杆，其形状如“山”字。

9.如权利要求1所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的警示电路布置于各个第二类吊杆和第三类吊杆中的开口空心杆附近；警示电路包括电源、信号装置、导线，导线将电源和信号装置串联，并一端连接开口空心杆开口处布置的电极，另一端连接开口空心杆内含的竖向边杆上的电极。

10.如权利要求1所述的桥梁挠度监测系统，其特征是，所述的数据读取设备，是指：摄像头或者数码相机或者望远镜。

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