CN103557824A - 曲线连续箱梁爬移自动监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲线连续箱梁爬移自动监测方法，发明人利用位移传感器经几何推导得到爬移量的科学计算公式（式(1)～(7)），并据此建立了本发明的自动监测方法。该法自动化程度高，不用人为干预，降低了人的劳动强度；而且可全天候动态时时了解梁体的爬移情况；监测结果精度比全站仪监测法高，避免了复杂位移中的角度测量精度低、设备昂贵的不足。将本发明应用于桥梁健康监控、检测领域，可实现高精度、自动化、实时动态地测量曲线连续梁桥爬移量，以判别桥梁健康状况及结构安全。

Description

曲线连续箱梁爬移自动监测方法

技术领域

本发明属于桥梁健康监控技术领域，尤其涉及一种曲线连续箱梁爬移自动监测方法，适用于曲线连续箱梁爬移时纵、横向位移的监测。

背景技术

曲线连续箱梁桥在现代化的公路及城市道路立交中应用非常普遍。国内的一些大型互通立交桥中，大多采用了曲线连续箱梁。这是由于曲线连续箱梁桥的箱梁作为一种闭合截面具有很强的抗弯和抗扭刚度，曲线连续箱梁增强了行车的舒适性。

近年来，一些曲线连续梁桥在营运程中，出现了一些梁体滑移甚至翻转的桥梁事故。实际上，曲线连续箱梁在使用过程中，由于曲率半径、支座的布置、预应力、温度效应、车辆荷载或其它一些影响因素的作用，使得曲线梁桥的受力比直线梁桥要复杂得多，在复杂的受力作用下曲线连续梁会产生径向、法向变位；且由于曲线连续梁的结构特点、支承形式等原因，当外荷载等影响因素消失后，曲线连续梁发生的变位并不能够完全恢复，曲线连续箱梁就会产生部分不可恢复的残余位移。长期反复作用下，变位的残余就会不断累积，产生较大的不可恢复位移，即曲线连续梁的“爬移”现象。曲线连续箱梁桥的爬移，轻则导致梁段伸缩缝的剪切破坏，影响其使用寿命，重则会出现支承结构破坏、梁体滑移和翻转。桥梁在使用过程若出现该类问题，不仅影响交通，而且加固起来非常困难，可能造成巨大的人员伤亡和财产经济损失。

目前，常用的爬移检测方法主要有目测法及全站仪观测法。目测法主要是采用肉眼观测防撞墙的顺直情况、伸缩缝间距及横向错位情况，该方法误差较大、对梁体爬移难以精确定量，观测人员要走上桥面观测，对繁忙的城市桥梁交通有一定影响，且繁忙的车流对观测工作员的人身安全造成一定的危险；全站仪观测法需在桥面或梁底边缘设置观测点或观测标志，观测站一般设置在周围的楼顶或可以通视地面的位置，且观测站采用强制对中装置，测量工作周期相对较长，爬移测量精度一般只能做到毫米级且不能做到实时动态观测。因此，至今还没有针对曲线连续箱梁桥的爬移的自动观测、监测方法，所以在桥梁健康监控、检测领域急需一种适用于精度高、自动化、实时动态的曲线连续箱梁桥爬移监测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自动化程度高、实时动态、精度较高的曲线连续箱梁爬移自动监测方法，以实现箱梁纵、横向位移的自动监测，便于判别桥梁结构健康状况及结构安全。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：曲线连续箱梁爬移自动监测方法，包括以下步骤：

<1>在墩顶的梁底或曲率半径较小连续梁、曲直梁接合处的端底部梁底固定安装位移传感器底座A；

<2>在墩顶支座垫石或参照的梁端底部固定安装位移传感器底座B和C，底座B和C中心连线的延长线垂直于曲线梁中心线，底座A、B、C任意两个中心间距均为250～400mm，且底座A、B、C中心连线为锐角三角形；

<3>底座A、B及底坐A、C之间分别安装位移传感器C和B，并调整位移传感器的初始位置处于量程的中间位置；

<4>采用游标卡尺测量底座B和C、A和C、A和B固定轴的中心间距A、B、C；

<5>位移传感器接入采集器，设置初始零点及采样时间间隔；

<6>采用公式计算出爬移量，公式为

$\mathrm{\&Delta;x}=\frac{B^2-{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2+{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-C^2}{2A}---\left(1\right)$

或 $\mathrm{\&Delta;x}=\frac{C^2-{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2+{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-B^2}{2A}---\left(2\right)$

(1)式中Δx正号表示A点向x轴的负方向移动，负号表示A点向x轴的正方向移动；(2)式中Δx正号表示A点向x轴的正方向移动，负号表示A点向x轴的负方向移动；

$\mathrm{\&Delta;y}=\sqrt{{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-{\left(\frac{A^2+{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2}{2A}\right)}^2}-\sqrt{B^2-{\left(\frac{A^2+B^2-C^2}{2A}\right)}^2}---\left(3\right)$

或 $\mathrm{\&Delta;y}=\sqrt{{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-{\left(\frac{A^2+{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2}{2A}\right)}^2}-\sqrt{C^2-{\left(\frac{A^2+C^2-B^2}{2A}\right)}^2}---\left(4\right)$

(3)式及(4)式中Δy正号表示A点平行于y轴正方移动，负号表示A点平行于y轴负方向移动；

$s=\sqrt{{\mathrm{\&Delta;x}}^2+{\mathrm{\&Delta;y}}^2}---\left(5\right)$

(5)式中s表示总爬移量；

B′=(B+ΔB)    (6)

C′=(C+ΔC)    (7)

各式中ΔB、ΔC分别表示传感器B、C的位移的示值，ΔB及ΔC的正号表示传感器被拉伸，负号表示传感器被压缩。

传感器底座具有可供传感器的传动杆自由转动的轴，该轴直径D＝6～8mm，该轴与被测梁底面垂直；传感器底座与梁体焊接或钻孔后膨胀螺钉连接。

位移传感器的传动杆和支撑杆中间位置均有调节伸缩长度调节螺母，传感器的传动杆和支撑杆端部有可绕底座的固定轴自由转动的铰链，铰链圆孔直径D’=D+0.02mm，传感器量程为伸缩缝自由伸缩量的2.5倍或预计梁爬移位移量的2.5倍。

采集器中的数据采用无线网络、传统有线网络或者电力线网络实时传输至服务器；服务器系统采用B/S架构，提供数据存储、数据查询、数据分析、报表浏览等服务，用户通过浏览器访问服务器提供的应用服务功能。

针对现有曲线连续箱梁桥爬移量测量手段存在的问题，发明人利用位移传感器经几何推导得到爬移量的科学计算公式（式(1)～(7)），并据此建立了曲线连续箱梁爬移自动监测方法。该法自动化程度高，不用人为干预，降低了人的劳动强度；而且可全天候动态时时了解梁体的爬移情况；监测结果精度比全站仪监测法高，避免了复杂位移中的角度测量精度低、设备昂贵的不足。将本发明应用于桥梁健康监控、检测领域，可实现高精度、自动化、实时动态地测量曲线连续梁桥爬移量，以判别桥梁健康状况及结构安全。

附图说明

图1是本发明曲线连续箱梁爬移自动监测方法的爬移算法示意图。

图2是实施例1的曲线连续箱梁爬移示意图（梁端底面）。

图3是实施例2的曲线连续箱梁爬移示意图（墩顶面或垫石顶面及梁底面）。

图4是传感器底座的结构示意图。

图5是位移传感器的结构示意图。

图中：1被监测的梁底面，2梁端，3梁间间隙，4参照梁梁底面，5梁中心线，6墩顶面或垫石顶面，7固定轴，8螺栓孔，9铰链，10传动杆，11长度调节螺母，12感应装置，13支撑杆。

具体实施方式

图1给出了本发明自动监测方法的几何意义，经数学推导得式(1)～(7)。

下面结合实施例和附图进一步说明本发明。

如图4所示，各实施例所用传感器底座具有可供传感器的传动杆自由转动的轴，该轴直径D＝6～8mm，该轴与被测梁底面垂直；传感器底座可与梁体焊接或钻孔后膨胀螺钉连接。

如图5所示，各实施例所用位移传感器的精度不小于0.01mm，位移传感器的传动杆和支撑杆中间位置均有调节伸缩长度调节螺母，传感器的传动杆和支撑杆端部有可绕底座的固定轴自由转动的铰链，铰链圆孔直径D’=D+0.02mm，传感器量程为伸缩缝自由伸缩量的2.5倍或预计梁爬移位移量的2.5倍；调整位移传感器的初始位置处于量程的中间位置。

各实施例所用采集器中的数据采用无线网络、传统有线网络或者电力线网络实时传输至服务器；服务器系统采用B/S架构，提供数据存储、数据查询、数据分析、报表浏览等服务，用户通过浏览器访问服务器提供的应用服务功能。

实施例1

如附图2所示，某曲线连续梁桥，在被测的梁底安装传感器底座A，在参照的梁端底部安装传感器底座2个，底座编号分别为B、C，底座B、底座C中心连线的延长线垂直于曲线梁中心线。底座A、底座B及底座A、底座C之间各安装位移传感器1个，采用游标卡尺测量B、C传感器底座中心间距为A=350.77mm，A、C传感器底座中心间距为B=320.98mm，A、B传感器底座中心距为C=340.08mm。把传感器通过数据线连接至采集器，采集器中的数据采用无线网络实时传输至服务器，服务器利用公式(1)和式(3)计算两个方向的爬移量，测试结果见表1。

$\mathrm{\&Delta;x}=\frac{B^2-{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2+{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-C^2}{2A}---\left(1\right)$

$\mathrm{\&Delta;y}=\sqrt{{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-{\left(\frac{A^2+{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2}{2A}\right)}^2}-\sqrt{B^2-{\left(\frac{A^2+B^2-C^2}{2A}\right)}^2}---\left(3\right)$

表1实施例1测试结果

A	B	C	△B	△C	△x	△y
							350.77	320.98	340.08	8.97	6.88	-1.59	9.38
350.77	320.98	340.08	12.45	3.55	-8.15	9.69
							350.77	320.98	340.08	12.68	4.53	-7.41	10.38
350.77	320.98	340.08	12.70	5.33	-6.64	10.83
							350.77	320.98	340.08	13.32	6.24	-6.34	11.72
350.77	320.98	340.08	13.73	6.64	-6.34	12.19
							350.77	320.98	340.08	14.37	6.81	-6.77	12.68
350.77	320.98	340.08	14.95	7.17	-6.98	13.23
							350.77	320.98	340.08	15.22	7.61	-6.80	13.63

实施例2

如附图3所示，某曲线连续梁桥，在被测的梁底安装传感器底座A，在支座垫石上安装传感器底座2个，底座编号分别为B、C，B、C底座中心连线的延长线垂直于曲线梁中心线。采用游标卡尺测量B、C传感器底座中心间距为A=380.56mm，A、C传感器底座中心间距为B=420.12mm，A、B传感器底座中心距为C=360.48mm。把传感器通过数据线连接至采集器，采集器中的数据采用有线网络实时传输至服务器，服务器利用公式(2)和式(4)计算两个方向的爬移量，测试结果见表2。

$\mathrm{\&Delta;x}=\frac{C^2-{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2+{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-B^2}{2A}---\left(2\right)$

$\mathrm{\&Delta;y}=\sqrt{{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-{\left(\frac{A^2+{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2}{2A}\right)}^2}-\sqrt{C^2-{\left(\frac{A^2+C^2-B^2}{2A}\right)}^2}---\left(4\right)$

表2实施例2测试结果

A	B	C	△B	△C	△x	△y
							380.56	420.12	360.48	3.17	2.82	0.83	3.33
380.56	420.12	360.48	4.06	3.25	1.40	4.01
							380.56	420.12	360.48	4.77	3.84	1.64	4.73
380.56	420.12	360.48	4.96	4.12	1.59	5.00
							380.56	420.12	360.48	5.14	4.50	1.41	5.35
380.56	420.12	360.48	6.12	5.12	1.93	6.20
							380.56	420.12	360.48	6.99	5.54	2.49	6.86
380.56	420.12	360.48	7.23	6.15	2.17	7.39
							380.56	420.12	360.48	7.38	6.68	1.84	7.83

Claims (4)

1.一种曲线连续箱梁爬移自动监测方法，其特征在于包括以下步骤：

<1>在墩顶的梁底或曲率半径较小连续梁、曲直梁接合处的端底部梁底固定安装位移传感器底座A；

<2>在墩顶支座垫石或参照的梁端底部固定安装位移传感器底座B和C，底座B和C中心连线的延长线垂直于曲线梁中心线，底座A、B、C任意两个中心间距均为250～400mm，且底座A、B、C中心连线为锐角三角形；

<3>底座A、B及底坐A、C之间分别安装位移传感器C和B，并调整位移传感器的初始位置处于量程的中间位置；

<4>采用游标卡尺测量底座B和C、A和C、A和B固定轴的中心间距A、B、C；

<5>位移传感器接入采集器，设置初始零点及采样时间间隔；

<6>采用公式计算出爬移量，公式为

$\mathrm{\&Delta;x}=\frac{B^2-{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2+{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-C^2}{2A}---\left(1\right)$

或 $\mathrm{\&Delta;x}=\frac{C^2-{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2+{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-B^2}{2A}---\left(2\right)$

(1)式中Δx正号表示A点向x轴的负方向移动，负号表示A点向x轴的正方向移动；(2)式中Δx正号表示A点向x轴的正方向移动，负号表示A点向x轴的负方向移动；

$\mathrm{\&Delta;y}=\sqrt{{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-{\left(\frac{A^2+{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2-{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2}{2A}\right)}^2}-\sqrt{B^2-{\left(\frac{A^2+B^2-C^2}{2A}\right)}^2}---\left(3\right)$

或 $\mathrm{\&Delta;y}=\sqrt{{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-{\left(\frac{A^2+{(C+\mathrm{\&Delta;C})}^2-{(B+\mathrm{\&Delta;B})}^2}{2A}\right)}^2}-\sqrt{C^2-{\left(\frac{A^2+C^2-B^2}{2A}\right)}^2}---\left(4\right)$

(3)式及(4)式中Δy正号表示A点平行于y轴正方移动，负号表示A点平行于y轴负方向移动；

$s=\sqrt{{\mathrm{\&Delta;x}}^2+{\mathrm{\&Delta;y}}^2}---\left(5\right)$

(5)式中s表示总爬移量；

各式中ΔB、ΔC分别表示传感器B、C的位移的示值，ΔB及ΔC的正号表示传感器被拉伸，负号表示传感器被压缩。

2.根据权利要求1所述的曲线连续箱梁爬移自动监测方法，其特征在于：所述传感器底座具有可供传感器的传动杆自由转动的轴，该轴直径D＝6～8mm，该轴与被测梁底面垂直；传感器底座与梁体焊接或钻孔后膨胀螺钉连接。

3.根据权利要求2所述的曲线连续箱梁爬移自动监测方法，其特征在于：所述位移传感器的传动杆和支撑杆中间位置均有调节伸缩长度调节螺母，传感器的传动杆和支撑杆端部有可绕底座的固定轴自由转动的铰链，铰链圆孔直径D’=D+0.02mm，传感器量程为伸缩缝自由伸缩量的2.5倍或预计梁爬移位移量的2.5倍。

4.根据权利要求3所述的曲线连续箱梁爬移自动监测方法，其特征在于：所述采集器中的数据采用无线网络、传统有线网络或者电力线网络实时传输至服务器；服务器系统采用B/S架构，提供数据存储、数据查询、数据分析、报表浏览等服务，用户通过浏览器访问服务器提供的应用服务功能。

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