CN108827161A - 一种管廊结构健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管廊结构健康监测系统，其包括：拼接缝监测单元，其用于监测在轴向方向上相邻两管廊的相对位移变化量；沉降监测单元，其用于监测所述管廊的沉降变化量；水平位移监测单元，其用于监测相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量；以及数据反馈单元，其采集通过监测获得的变化量数据，并根据采集获得的变化量数据对所述管廊的结构做出安全性评估。其可高效、全面的收集管廊结构变化信息，反馈和分析管廊的结构稳定性和变形信息，由此实时确保管廊结构、功能完好，使其安全可靠。

Description

一种管廊结构健康监测系统

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种管廊结构健康监测系统。

背景技术

土木工程结构在长期使用过程中会因各种自然及人为因素的作用而不可避免地发生损伤。结构损伤可以定义为结构整体或其某些部分在材料和几何性能上的变化，如结构在刚度、强度、边界及连接条件等方面的蜕变或下降，从而影响结构体系未来的使用性能。

结构健康监测技术是用探测到的响应，结合系统的特性分析，来评价结构损伤的严重性以及定位损伤位置。近年来，随着传感器技术、信息采集技术及测试分析技术的迅猛发展，基于各种监测手段的实时、连续性的结构健康监测系统在土木工程领域中得到广泛应用。

但在综合管廊领域中，由于围岩-结构自身的复杂性，结构受力状态的不确定性，长期以来对于综合管廊结构健康监测的研究鲜有问津，因此，急需开发一种高效的管廊结构健康监测系统，以提升管线建设水平，保障市政管线的安全运行。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种管廊结构健康监测系统，其可高效、全面的收集管廊结构变化信息，反馈和分析管廊的结构稳定性和变形信息，由此实时确保管廊结构、功能完好，使其安全可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种管廊结构健康监测系统，其包括：

拼接缝监测单元，其设置在相邻两管廊的拼接缝处，用于监测在轴向方向上相邻两管廊的相对位移变化量；

沉降监测单元，其沿所述管廊的走向设置，用于监测所述管廊的沉降变化量；

水平位移监测单元，其设置在相邻两管廊的拼接缝处，用于监测相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量；

以及数据反馈单元，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，并采集上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据，并根据采集获得的变化量数据对所述管廊的结构做出安全性评估。

优选的，所述拼接缝监测单元跨过相邻两管廊的拼接缝，且两端分别对应连接在相邻两管廊的内壁上。

优选的，所述拼接缝监测单元包括低温敏型长标距光纤光栅传感器。

优选的，所述沉降监测单元包括：至少一个基准光纤光栅静力水准仪、至少一个监测基准光纤光栅静力水准仪以及基站监控设备。

优选的，所述水平位移监测单元包括：连接板，其一端连接在相邻两管廊中的一管廊的内壁上，另一端跨过相邻两管廊的拼接缝延伸至相邻两管廊中的另一管廊的内部；

位移传感器，其一端连接所述连接板延伸至相邻两管廊中的另一管廊内部的一端，所述位移传感器的另一端连接在相邻两管廊中的另一管廊的内壁上，用于监测相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量。

优选的，所述位移传感器为光纤光栅位移传感器。

优选的，所述数据反馈单元包括：

数据采集模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，并采集上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据；

结构安全性评价模块，其连接所述数据采集模块，并对采集获得的变化量数据的全部/部分进行计算，以获得至少一个管廊的结构安全性评估结果。

优选的，所述数据采集模块包括：

自动采集模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，且可根据预设的采集周期自动采集并存储上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据；

和/或，手动采集模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于供用户选择上述三者中的一项或几项通过监测获得的某个监测断面的变化量数据进行采集并存储。

优选的，所述数据反馈单元还包括：

时程曲线模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于绘制某一时间段内、至少一个监测断面上的拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项的时程曲线并显示；

和/或，力学特征模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于绘制某一时间段内至少一个监测断面的力学特征曲线并显示。

优选的，所述管廊结构健康监测系统还包括：

数据管理模块，其连接所述数据采集模块和/或结构安全性评价模块，用于供用户查询通过监测获得的变化量数据和/或管廊的结构安全性评估结果；

和/或，设备管理模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于对上述三者中的一项或几项的运行状态用于监测，以及在发生异常时报警；

和/或，用户管理模块，其用于供用户进行日常管理，所述日常管理包括：账号及密码管理、权限设置中的一项或几项。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明的管廊结构健康监测系统通过不同类型的传感器单元实时、高效、全面的收集管廊结构变化信息，并通过对数据的处理及时反馈和分析管廊的结构稳定性和变形信息，由此实现管廊结构健康监测数据的采集、分析、处理、反馈和管理一体化、智能化，实时确保管廊结构、功能完好，使其安全可靠。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例一中管廊结构健康监测系统的整体结构图；

图2是本发明实施例一中综合管廊的横断面图；

图3是本发明实施例一中拼接缝监测单元设置于综合管廊中的横断面图；

图4是本发明实施例一中拼接缝监测单元设置于综合管廊中的纵断面图；

图5是本发明实施例一中沉降监测单元设置于综合管廊中的横断面图；

图6是本发明实施例一中水平位移监测单元设置于综合管廊中的横断面图；

图7是本发明实施例一中水平位移监测单元设置于综合管廊中的纵断面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

如图1所示，本实施例中的管廊为一种综合管廊，其包括综合仓100，燃气仓200以及电力仓300，本实施例中，所述综合仓100位于中部，燃气仓200以及电力仓300分别位于所述综合仓100的两侧，且三者之间通过竖直隔断400形成。

如图2所示，本实施例中的管廊结构健康监测系统适用于行数综合管廊结构的健康监测，其包括：

至少一个拼接缝监测单元1，其设置在相邻两管廊的拼接缝处，用于监测在轴向方向上相邻两管廊的相对位移变化量；

至少一个沉降监测单元2，其沿所述管廊的走向设置，用于监测所述管廊的沉降变化量；

至少一个水平位移监测单元3，其设置在相邻两管廊的拼接缝处，用于监测相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量；

以及数据反馈单元4，其连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，并采集上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据(即上述轴向方向上相邻两管廊的相对位移变化量、所述管廊的沉降变化量以及相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量中的一种或几种)，并根据采集获得的变化量数据对所述管廊的结构做出安全性评估。

具体的，如图3所示，所述拼接缝监测单元1跨过相邻两管廊P1、P2的拼接缝S，且两端分别对应连接在相邻两管廊P1、P2的内壁上；本实施例中，所述拼接缝监测单元1包括低温敏型长标距光纤光栅(FBC)传感器；拼接缝处为预制拼接管廊的薄弱部位，在温度变化以及不均匀沉降等环境作用下，拼接缝部位可能出现裂缝，影响综合管廊的安全性、适用性和耐久性；

本实施例由此针对管廊拼接缝处的裂缝监测，采用低温敏的长标距光纤光栅(FBC)传感器作为拼接缝监测单元1，并跨接布置在拼接缝处的相邻的两管廊P1、P2的内壁上，优选的，如图4所示，所述拼接缝监测单元1跨接布置在拼接缝处的相邻的两管廊P1、P2的综合仓100的内壁上，由此可实时监测在轴向方向上相邻两管廊P1、P2之间的相对位移变化量，并在后续的数据处理、分析中据此判断相邻两管廊P1、P2之间在轴向上是否产生裂缝，此外，上述低温敏型长标距光纤光栅传感器不需要进行温度补偿，因此，较常规传感器而言，其使用更为简便、监测灵敏度更高，可大幅提高系统整体的结构健康监测效率。

如图5所示，所述沉降监测单元2包括：至少一个基准光纤光栅静力水准仪、至少一个监测光纤光栅静力水准仪以及基站监控设备，光纤光栅静力水准仪是测量两点或多点之间的差异沉降变化的高智能型工程测试仪器，是位移传感器的其中一种，由一系列智能液位传感器及储液罐组成，储液罐之间由连通管道连通；所述基准光纤光栅静力水准仪包括基准罐，且所述基准罐置于一个稳定的水平基点，每一监测光纤光栅静力水准仪则包括一储液罐，且，每一储液罐置于标高与所述基准罐大致相同的不同位置，当其中一个或多个储液罐的位置相对于基准罐发生升降时，将引起基准罐内液面的上升或下降，由此通过测量液位的变化了解被测点相对水平基点的升降变形，由此可通过光纤光栅静力水准仪实时监测管廊沉降的变化量；类似的，所述沉降监测单元2沿所述管廊的走向设置在管廊P1、P2综合仓100的内壁上。

如图6-7所示，所述水平位移监测单元3优选设置在管廊P1、P2的隔断400上，其具体包括：连接板31，其整体为L型，一自由端连接在相邻两管廊中的一管廊P1的内壁上，另一自由端跨过相邻两管廊的拼接缝S延伸至相邻两管廊中的另一管廊P2的内部；

位移传感器32，其一端连接所述连接板31延伸至相邻两管廊中的另一管廊P2内部的一端，所述位移传感器32的另一端连接在相邻两管廊中的另一管廊P2的内壁上，用于监测相邻两管廊P1、P2在水平方向上产生的相对位移变化量；本实施例中，所述位移传感器32为光纤光栅位移传感器。

进一步的，如图1所示，所述管廊结构健康监测系统还包括：数据传输单元5，其一端连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，另一端以有线/无线通信的方式连接所述数据反馈单元4，用于将上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据传输至所述数据反馈单元4以供分析处理，本实施例中，所述数据传输单元5包括接入以太网的PLC/数据采集设备。

在此基础上，所述数据反馈单元4包括：

数据采集模块41，其通过所述数据传输单元5连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，并采集上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据，所述变化量数据包括拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3的位置信息以及其所在的断面信息、采集所得的原始频率值、所采用的换算公式、换算结果等；优选的，所述数据采集模块41包括：自动采集模块，其通过所述数据传输单元5连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，且可根据用户预设的采集周期自动采集并存储上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据；和/或，手动采集模块，其通过所述数据传输单元5连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，用于供用户选择上述三者中的一项或几项通过监测获得的某个监测断面(所述监测断面沿所述管廊的走向、且按照预定距离设置)变化量数据进行采集并存储；由此，通过自动采集模块、手动采集模块的设置，可提高数据采集的灵活性，并且可进一步根据不同采集模块采集的数据对结构整体/某一断面进行结构安全性评估；

结构安全性评价模块42，其连接所述数据采集模块41，并对采集获得的变化量数据的全部/部分进行计算，并根据计算结果以及评价标准以获得至少一个管廊的结构安全性评估结果并存储，且供用户查询，例如，如计算结果大于所述评价标准，则认定所述管廊的结构安全性差，被评价为不安全等；

时程曲线模块43，其通过所述数据传输单元5连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，用于将上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据形成树形列表框，以此便于用户自由查询并选定需要分析的监测断面，且在用户选定需要分析的监测断面和时间段的起始点后绘制某一时间段内、至少一个监测断面上的拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项的时程曲线并显示；

和/或，力学特征模块44，其通过所述数据传输单元5连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，用于绘制某一时间段内至少一个监测断面的力学特征曲线并显示。

此外，如图1所示，所述管廊结构健康监测系统还包括以下几种管理模块：

数据管理模块6，其连接所述数据采集模块41和/或结构安全性评价模块42，用于供用户在选定的时间段内查询和/或筛选通过监测获得的变化量数据和/或管廊的结构安全性评估结果，并将查询/筛选结果以表格等形式输出；

和/或，设备管理模块7，其连接所述拼接缝监测单元1、沉降监测单元2以及水平位移监测单元3中的一项或几项，用于对上述三者中的一项或几项的运行状态用于远程监测，以及在发生异常时报警；

和/或，用户管理模块8，其用于供用户对管廊结构健康监测系统进行日常管理，所述日常管理包括：账号及密码管理、权限设置中的一项或几项。

综上所述，本发明的管廊结构健康监测系统通过不同类型的传感器单元实时、高效、全面的收集管廊结构变化信息，并通过对数据的处理及时反馈和分析管廊的结构稳定性和变形信息，由此实现管廊结构健康监测数据的采集、分析、处理、反馈和管理一体化、智能化，实时确保管廊结构、功能完好，使其安全可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管廊结构健康监测系统，其特征在于，包括：

拼接缝监测单元，其设置在相邻两管廊的拼接缝处，用于监测在轴向方向上相邻两管廊的相对位移变化量；

沉降监测单元，其沿所述管廊的走向设置，用于监测所述管廊的沉降变化量；

水平位移监测单元，其设置在相邻两管廊的拼接缝处，用于监测相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量；

以及数据反馈单元，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，并采集上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据，并根据采集获得的变化量数据对所述管廊的结构做出安全性评估。

2.如权利要求1所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述拼接缝监测单元跨过相邻两管廊的拼接缝，且两端分别对应连接在相邻两管廊的内壁上。

3.根据权利要求2所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述拼接缝监测单元包括低温敏型长标距光纤光栅传感器。

4.根据权利要求1所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述沉降监测单元包括：至少一个基准光纤光栅静力水准仪、至少一个监测基准光纤光栅静力水准仪以及基站监控设备。

5.根据权利要求1所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述水平位移监测单元包括：连接板，其一端连接在相邻两管廊中的一管廊的内壁上，另一端跨过相邻两管廊的拼接缝延伸至相邻两管廊中的另一管廊的内部；

位移传感器，其一端连接所述连接板延伸至相邻两管廊中的另一管廊内部的一端，所述位移传感器的另一端连接在相邻两管廊中的另一管廊的内壁上，用于监测相邻两管廊在水平方向上产生的相对位移变化量。

6.根据权利要求5所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述位移传感器为光纤光栅位移传感器。

7.根据权利要求1所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述数据反馈单元包括：

数据采集模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，并采集上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据；

结构安全性评价模块，其连接所述数据采集模块，并对采集获得的变化量数据的全部/部分进行计算，以获得至少一个管廊的结构安全性评估结果。

8.根据权利要求7所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：

自动采集模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，且可根据预设的采集周期自动采集并存储上述三者中的一项或几项通过监测获得的变化量数据；

和/或，手动采集模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于供用户选择上述三者中的一项或几项通过监测获得的某个监测断面的变化量数据进行采集并存储。

9.如权利要求7所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述数据反馈单元还包括：

时程曲线模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于绘制某一时间段内、至少一个监测断面上的拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项的时程曲线并显示；

和/或，力学特征模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于绘制某一时间段内至少一个监测断面的力学特征曲线并显示。

10.如权利要求7所述的管廊结构健康监测系统，其特征在于，所述管廊结构健康监测系统还包括：

数据管理模块，其连接所述数据采集模块和/或结构安全性评价模块，用于供用户查询通过监测获得的变化量数据和/或管廊的结构安全性评估结果；

和/或，设备管理模块，其连接所述拼接缝监测单元、沉降监测单元以及水平位移监测单元中的一项或几项，用于对上述三者中的一项或几项的运行状态用于监测，以及在发生异常时报警；

和/或，用户管理模块，其用于供用户进行日常管理，所述日常管理包括：账号及密码管理、权限设置中的一项或几项。