CN108871221B - 一种桥梁监测装置 - Google Patents

一种桥梁监测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108871221B
CN108871221B CN201810766671.7A CN201810766671A CN108871221B CN 108871221 B CN108871221 B CN 108871221B CN 201810766671 A CN201810766671 A CN 201810766671A CN 108871221 B CN108871221 B CN 108871221B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
grating
sensor
strain
sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810766671.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108871221A (zh
Inventor
程克玲
罗化军
吴庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan hengxingtai Engineering Technology Consulting Service Co., Ltd
Original Assignee
Sichuan Hengxingtai Engineering Technology Consulting Service Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Hengxingtai Engineering Technology Consulting Service Co Ltd filed Critical Sichuan Hengxingtai Engineering Technology Consulting Service Co Ltd
Priority to CN201810766671.7A priority Critical patent/CN108871221B/zh
Publication of CN108871221A publication Critical patent/CN108871221A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108871221B publication Critical patent/CN108871221B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

本发明涉及一种桥梁监测装置。该装置包括设置在桥梁上的多个相同的测量传感器，在被测桥梁等间距设置有多个光栅式应变传感器和位移传感器，还有设置在桥梁温度平均位置的光栅式温度补偿传感器，数据采集装置通过有线或无线方式与所述光栅式应变传感器、位移传感器和光栅式温度补偿传感器连接，数据采集装置采集不同桥面载荷时应变传感器中心波长的变化，并将采集的数据输送至数据处理装置，所述数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变和/或位移，从而根据桥梁应变和/挠度确定桥梁是否损坏。本发明节省了监测传感器的布置，降低监测系统成本，避免出现采集的数据冗余的问题。

Description

一种桥梁监测装置
技术领域
本发明涉及桥梁附件技术领域，具体涉及一种利用应变传感器对桥梁挠度的监测装置。
背景技术
随着我国经济发展，人民生活水平的日益提高，人们对交通运输需求的朝着更快更高效的方向发展，因此在国家工程建设中规划了许多大型桥梁建设，尤其是高速轨道交通建设，由于其需要满足较高的列车速度及运行平稳性，线路中需要规划大量的桥梁和隧道，使整个线路桥隧比进一步上升，而这些桥梁在使用过程中随着使用年限的增加，不断受到温度、风沙等外界环境的侵蚀，以及车辆荷载、车辆冲击的长期反复作用以及地震、洪水等自然灾害的影响；因此，随着使用年限的增加，这些桥梁的结构和材料不断老化、疲劳效应显著增加，从而导致桥梁构件出现不同程度的自然累积损伤和突然损伤，这样不仅会缩短桥梁的使用寿命，而且还严重威胁到人民生命和财产安全；因此，对桥梁进行损伤识别就显得十分的重要性。目前，对桥梁的损伤识别主要有挠度监测、动力模态识别、声发射监测、机敏网监测、图像识别以及桥检车等多种技术；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，而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。
在桥梁挠度监测现有技术中，公开号为CN206160926U的“一种空心板桥相邻空心板间相对垂向唯一的测量系统”，通过在被测对象设置有多个测量装置，每个测量装置包括位移传感器及信息发射收集和处理装置，监测空心板单板受力情况，从而对桥梁进行监测；而在实际桥梁监测中，被测桥梁通常都是千米级数量单位，应用上述装置将使桥梁监测人力和物力增加，不便于大型桥梁的监测。同时，公开号为CN101050992A的“桥梁挠度监测系统”，虽然通过设置多种监测吊杆取代监测位移传感器，而其实质仍需在沿桥梁长度设置较多的吊杆监测点，对于长度较长的桥梁，其布置工作量较大，另一方面该申请中通过摄像头或望远镜等获取竖向边杆的刻度数值，操作复杂，较为依赖人的主观性，不便于数据的准确记录。
同时，现有技术对桥梁应变或位移的监测适用性不强，且传感器构造较简单，没有考虑温度对传感器测试结果的影响，会因为温度的变化对数据测试结果造成较大误差，难以满足工程测试需求，并未具有显著的优势。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种不受温度影响的桥梁监测系统，并将应变监测和挠度监测结合，对桥梁的健康状况监测，并节省监测传感器的布置，降低监测系统成本，避免出现采集的数据冗余的问题。
本发明解决的上述问题的技术方案如下：一种桥梁监测系统，包括设置在桥梁上的多个相同的测量传感器，所述测量传感器包括光栅式应变传感器和位移传感器，在被测桥梁等间距或非等间距设置有多个光栅式应变传感器和位移传感器，同时还单独设置有光栅式温度补偿传感器，该光栅式温度补偿传感器设置在桥梁温度平均的位置，优先设置在距桥梁一端三分之一长度的位置，数据采集装置通过有线或无线方式与所述光栅式应变传感器、位移传感器和光栅式温度补偿传感器连接，所述数据采集装置采集不同桥面载荷时应变传感器中心波长的变化，并将采集的数据输送至数据处理装置，所述数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变和/或位移，从而根据桥梁应变和/挠度确定桥梁是否损坏；而根据获得的应变和/或挠度等数据，通过静力性能指标、动力性能指标或神经网络方法等，建立损伤识别的求解模型，从而识别桥梁损伤情况，则是现有技术通常采用的方法。
本发明中，数据采集装置，采集不同桥面载荷时应变传感器中心波长的变化，数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变ε＝(Δλ1-ψΔλ2)/αε：
根据本发明的一个实施例，为了准确对桥梁的应变监测，所述应变传感器设置在桥梁轴线并位于桥面下缘的位置。
根据本发明的一个实施例，为了节省监测系统成本，提高监测效率，并满足所属桥梁的监测精度，所述相邻的位移传感器之间的距离为
Figure GDA0002390986070000021
发明效果
根据本发明，合理优化位移传感器的位置，并增加桥梁应变监测中的温度补偿，从而在节约桥梁监测成本，便于桥梁监测的大范围推广的同时，能对桥梁进行实时、动态监测，准确评估桥梁受力及受损情况，并剔除因为较大温差对桥梁监测带来的影响，为精准施工和桥梁维修保养提供可靠依据。
附图说明
图1是本发明桥梁监测系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，桥梁2具有设置在两端的第一桥梁支承1和第二桥梁支承4，桥梁2上设置有载荷3，在桥梁2上设置有多个相同的应变传感器s1，所述应变传感器为光栅式应变传感器，在被测桥梁等间距或非等间距设置有多个光栅式应变传感器s1，同时还单独设置有光栅式温度补偿传感器s3，该光栅式温度补偿传感器s3设置在桥梁温度平均的位置，优先设置在距桥梁一端三分之一长度的位置，数据采集装置通过有线或无线方式与所述光栅式应变传感器和光栅式温度补偿传感器连接，所述数据采集装置采集不同桥面载荷时应变传感器中心波长的变化，并将采集的数据输送至数据处理装置，所述数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变，从而根据应变确定桥梁是否损坏；而根据获得的应变等，通过静力性能指标、动力性能指标或神经网络方法等，建立损伤识别的求解模型，从而识别桥梁损伤情况，则是现有技术通常采用的方法。
现有技术中，传感器构造较简单，没有考虑温度对传感器测试结果的影响，本发明通过在距桥梁一端三分之一长度的位置设置有光栅式温度补偿传感器s3，通过相应的算法，消除温度对桥梁监测的影响。
本发明中，数据采集装置，采集不同桥面载荷时应变传感器中心波长的变化，数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变ε：
ψ＝(λ1(α1+ζ1)/(λ2(α2+ζ2) (1)
ε＝(Δλ1-ψΔλ2)/αε (2)
式(1)和式(2)，ψ表示光栅式应变传感器和光栅式温度补偿传感器的特性比值，λ1、α1、ζ1分别是光栅式应变传感器的中心波长、基体热膨胀系数和热光常数，λ2、α2、ζ2分别是光栅式温度补偿传感器的中心波长、基体热膨胀系数和热光常数；ε为桥梁应变，Δλ1为光栅式应变传感器的波长变化，Δλ2为光栅式温度补偿传感器的波长变化，αε为光栅灵敏度系数。
优选的一个实施例，为了准确对桥梁的应变监测，所述应变传感器设置在桥梁轴线并位于桥面下缘的位置。
优选的一个实施例，本发明在被测桥梁上设置有n个测点，每个测点均设置有位移传感器s2，如附图1所示，位移传感器s2与光栅式应变传感器s1设置在相同的位置，同时应当被理解的是，位移传感器s2不应限制于与光栅式应变传感器s1在相同的位置，根据实际测量环境，当其等间距设置在不同于光栅式应变传感器s1位置时，亦可满足桥梁挠度测量要去。为了达到所要求的桥梁测量精度，同时尽可能的减少位移传感器数量的设置，通过简化桥梁模型，使桥面为恒定均布载荷q，单位为N/m，距第一支承1距离为x处，桥面挠度为：
Figure GDA0002390986070000031
式(3)中w表示距第一支承1距离为x处桥面挠度，单位为m，L为桥梁长度，单位为m，E为桥梁杨氏模量，I为桥梁惯性矩。
对该距离为x的桥面挠度二次求导，获得该点出的曲率
Figure GDA0002390986070000032
Figure GDA0002390986070000033
由于在该简化桥梁模型中，桥梁为及均布载荷为对称分布，因此桥梁的最大曲率值出现在桥梁中间L/2位置，该点曲率值为qL2/8EI，因此为了保证相应测量数据的精度，桥梁曲率值的误差至少应小于qL2/80EI。
通过设置在桥梁上相邻测点距离为p的n个均匀分布的测点的挠度wi表示，并通过2阶多项式插值计算第i个测点的曲率
Figure GDA0002390986070000041
其中i为1、2、3...n，
Figure GDA0002390986070000042
相应的第i点出误差
Figure GDA0002390986070000043
为：
Figure GDA0002390986070000044
式(6)中Δw表示实际所需监测精度，而在考虑到传感器类型及测量要求，选择Δw为10-4m可满足实际工程需要。
因此，为了满足相应的测量精度，并节省测量成本，相邻位移传感器的距离p为：
Figure GDA0002390986070000045
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 (3)

1.一种桥梁监测装置，用于对桥梁参数进行监测，包括设置在桥梁上的多个相同的测量传感器，所述测量传感器包括光栅式应变传感器和位移传感器，在被测桥梁等间距设置有多个光栅式应变传感器和位移传感器，其特征在于，还单独设置有光栅式温度补偿传感器，该光栅式温度补偿传感器设置在桥梁温度平均的位置，数据采集装置通过有线或无线方式与所述光栅式应变传感器、位移传感器和光栅式温度补偿传感器连接，所述数据采集装置采集不同桥面载荷时应变传感器中心波长的变化，并将采集的数据输送至数据处理装置，所述数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变和/或位移，从而根据桥梁应变和/挠度确定桥梁是否损坏；
所述数据采集装置采集不同桥面载荷时所述光栅式应变传感器中心波长的变化，数据处理装置根据采集的数据计算桥梁的应变
ψ＝(λ1(α1+ζ1)/(λ2(α2+ζ2) (1)
ε＝(Δλ1-ψΔλ2)/αε (2)
式(1)和式(2)，ψ表示光栅式应变传感器和光栅式温度补偿传感器的特性比值，λ1、α1、ζ1分别是光栅式应变传感器的中心波长、基体热膨胀系数和热光常数，λ2、α2、ζ2分别是光栅式温度补偿传感器的中心波长、基体热膨胀系数和热光常数；ε为桥梁应变，Δλ1为光栅式应变传感器的波长变化，Δλ2为光栅式温度补偿传感器的波长变化，αε为光栅灵敏度系数；
所述光栅式应变传感器和位移传感器设置在相同或不同的位置，相邻位移传感器的距离
Figure FDA0002390986060000011
式(3)中，L为桥梁长度，q为均布载荷，E为桥梁杨氏模量，I为桥梁惯性矩，Δw为监测精度。
2.根据权利要求1所述的桥梁监测装置，其特征在于，所述光栅式应变传感器设置在桥梁轴线并位于桥面下缘的位置。
3.根据权利要求1所述的桥梁监测装置，其特征在于，所述光栅式温度补偿传感器设置在距桥梁一端三分之一长度的位置。
CN201810766671.7A 2018-07-13 2018-07-13 一种桥梁监测装置 Active CN108871221B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810766671.7A CN108871221B (zh) 2018-07-13 2018-07-13 一种桥梁监测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810766671.7A CN108871221B (zh) 2018-07-13 2018-07-13 一种桥梁监测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108871221A CN108871221A (zh) 2018-11-23
CN108871221B true CN108871221B (zh) 2020-08-04

Family

ID=64301359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810766671.7A Active CN108871221B (zh) 2018-07-13 2018-07-13 一种桥梁监测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108871221B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111597614B (zh) * 2020-05-13 2022-09-16 广西交科集团有限公司 基于实测位移修正下的拱桥吊杆更换桥面位移控制方法
CN111397525A (zh) * 2020-05-18 2020-07-10 常州机电职业技术学院 小型悬臂梁的挠曲线检测方法、检测装置及系统
CN112945055B (zh) * 2021-01-28 2023-07-04 河南四通工程检测有限公司 一种空心板桥相邻空心板间相对垂向位移的测量机构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1576926A (zh) * 2003-07-14 2005-02-09 美国飞泰尔有限公司 温度补偿的光纤光栅组件
CN1971225A (zh) * 2005-11-21 2007-05-30 天津爱天光电子科技有限公司 大容量光纤光栅测温系统
CN201002113Y (zh) * 2006-12-20 2008-01-09 中国科学院沈阳自动化研究所 一种高精度曲率测控装置
CN101718656A (zh) * 2009-11-27 2010-06-02 国光电器股份有限公司 一种杨氏模量的测试方法
CN104111032A (zh) * 2014-07-23 2014-10-22 北京航空航天大学 一种基于光纤光栅传感网络的大型结构体变形测量方法
CN105841661A (zh) * 2016-03-22 2016-08-10 韦醒妃 一种桥梁动态健康实时监测装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2533818B (en) * 2015-01-05 2021-03-03 Bae Systems Plc Mobile bridge apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1576926A (zh) * 2003-07-14 2005-02-09 美国飞泰尔有限公司 温度补偿的光纤光栅组件
CN1971225A (zh) * 2005-11-21 2007-05-30 天津爱天光电子科技有限公司 大容量光纤光栅测温系统
CN201002113Y (zh) * 2006-12-20 2008-01-09 中国科学院沈阳自动化研究所 一种高精度曲率测控装置
CN101718656A (zh) * 2009-11-27 2010-06-02 国光电器股份有限公司 一种杨氏模量的测试方法
CN104111032A (zh) * 2014-07-23 2014-10-22 北京航空航天大学 一种基于光纤光栅传感网络的大型结构体变形测量方法
CN105841661A (zh) * 2016-03-22 2016-08-10 韦醒妃 一种桥梁动态健康实时监测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高速铁路连续弯梁桥光纤光栅结构监测技术研究;王琴;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20140731;第2页第倒数第3段，15页最后1段，第31页第4.2节，4.3节，第5章 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108871221A (zh) 2018-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108871221B (zh) 一种桥梁监测装置
CN104713740B (zh) 一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法
CN109655007B (zh) 一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法
KR100984378B1 (ko) 차량 축 중량 측정 장치
CN114741767B (zh) 一种同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法
GB2421075A (en) Optical-fibre interstice displacement sensor
CN108319767B (zh) 基于移动荷载的悬索桥吊杆受力状态评估的方法
JP2018072126A (ja) 支承のモニタリングシステム及びモニタリング方法
CN107476204A (zh) 一种高速铁路连续梁的线性控制方法
Xia et al. Neutral axis-based health monitoring and condition assessment techniques for concrete box girder bridges
CN106524989B (zh) 大型基坑支撑体变形自动分析系统及数据分析方法
CN112857718B (zh) 一种基于移动车辆测试的桥梁承载能力快速评估方法
CN112179264B (zh) 基于长标距应变的预应力碳纤维板桥梁加固效果监测方法
KR102414323B1 (ko) 구조물의 실시간 안전진단시스템 및 그 시스템을 이용한 안전진단방법
CN102877385B (zh) 基于钢轨纵向力零应力轨温测量装置的无缝线路钢轨零应力轨温测量方法
CN115266076B (zh) 基于光纤传感的板式支座、监测系统及安装、监测方法
KR101458159B1 (ko) 불확실한 하중을 받는 보 부재의 변형률 분포 추정 장치 및 방법
Zhang et al. Investigation of the applicability of current bridge health monitoring technology
KR102435166B1 (ko) 정밀한 변형률-변위 예측을 위한 유전자 알고리즘과 ai 기술을 적용한 구조물의 계측 위치 및 개소 결정 방법
CN111896200B (zh) 短索抗弯刚度测试方法
CN202786996U (zh) 一种无缝线路钢轨零应力轨温的测量装置
Wang Overview of integrated health monitoring system installed on cable-stayed bridge and preliminary analysis of results
Chen et al. Life‐Cycle Monitoring of Long‐Span PSC Box Girder Bridges through Distributed Sensor Network: Strategies, Methods, and Applications
JP7495572B1 (ja) 余寿命推定方法及び余寿命推定装置
HUANG et al. Establishment and Initial In-Site Testing for the Structural Healthy Monitoring System of the Kinmen Bridge in Taiwan

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200714

Address after: No.39 Rongshu street, Yong'an Town, Shuangliu District, Chengdu, Sichuan 610219

Applicant after: Sichuan hengxingtai Engineering Technology Consulting Service Co., Ltd

Address before: 610041 No. 194 Bai Jin Road, Wuhou District, Chengdu, Sichuan, No. 2, unit 2, unit 30, No. 11.

Applicant before: Cheng Keling

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant