CN111272052B - 一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，通过在桥梁伸缩缝处设置有一个位移监测装置可以实现桥梁伸缩缝的前后、上下及左右三维方向相对位移量的读取，进而达到对桥梁伸缩缝的实时监测的目的，避免由于桥梁伸缩缝相对位移过大导致桥梁发生垮塌等意外事故。同时本发明通过在伸缩缝设置一个位移监测装置就可以监测三维方向桥梁的位移，克服了现有技术中通过传感器等电子元件稳定性差、测量的准确性容易受外界环境影响以及安装和维修成本过高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁安全监测设备技术领域，特别是一种桥梁伸缩缝位移监测系统及其使用方法。
背景技术
桥梁由于其造价低，应用范围广等优点广泛应用于公路、铁路、跨海大桥等领域。在桥梁建设中，为了满足桥梁热胀冷缩或者其他外界应力作用下的变形需要，避免梁与梁之间由于相互挤压而导致桥面损坏，通常在每相邻两根桥梁之间需要预留伸缩缝，也就是两根桥梁之间需要间隔距离。而针对桥梁设置的领域不同，如陆地或海洋，桥梁伸缩缝的间距也有严格的要求。当桥梁在受到外力或其他自然条件的破坏时，桥梁的伸缩缝往往会沿着不同方向发生变化，当超过伸缩缝的可承受范围，就会导致桥面发生严重变形或坍塌，给国家和人民的生命财产带来巨大损失。
目前对于桥梁伸缩缝的监测主要还是通过位移传感器或者工作人员通过定点定时现场监测，一方面传感器的准确度往往会由于下雨、下雪或者其他恶劣的自然环境影响巨大，也导致更换较为频繁，另一方面传感器的造价也较高，如部分传感器单个成本在三万元左右，并且该传感器后期维护费用也较大；此外通过工作人员定时定点的现场监测，一方面不能实时监测各个桥梁伸缩缝的位移情况，另一方面特别是针对桥梁上点位较多时需要大量工作人员检测提高了劳动强度和人力成本。而本发明通过设置一个结构较为简单，且通过单个相对位移监测装置就可以实时的监测梁与梁之间三维方向的实时位移情况，其中本发明中的三维方向具体为沿水平顺桥方向为X方向，沿水平横桥错位方向为Y方向，沿竖直方向为Z方向，并且当伸缩缝的位移超过预先设定的安全值时，会及时给控制中心发生预警信号。同时该监测装置主要通过机械传动的方式来监测位移数据，具有结构简单、稳定性高的优点，同时造价也比普通电子传感器低很多，便于在桥梁伸缩缝中广泛应用。
发明内容
本发明为了克服现有技术中伸缩缝监测装置稳定性差、成本高的问题，提供了一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统及其使用方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，所述位移监测系统包括L形杆、内伸缩杆、方向转换装置、直杆及控制器；所述L形杆及直杆均为空心管，所述方向转换装置包括矩形槽和连接杆；所述空心管和所述矩形槽内均布有两片相同导电电阻片，两电阻片同一侧端与电源正、负不同电极相连；所述内伸缩杆的两端设置有弹压式接触器，所述连接杆一端也设置有弹压式接触器，所述弹压式接触器贴紧导电电阻片并可在所述空心管和所述矩形槽内滑动，所述内伸缩杆和所述连接杆一端还设有限位装置，防止外力作用下与所述空心管或所述矩形槽脱离，其中在L形杆、矩形槽及直杆内通过所述弹压式接触器沿导电电阻片的滑动，使电源正负极通过导电电阻片与弹压式接触器形成回路，通过制器中显示电流的大小可判断出所述弹压式接触器在导电电阻片上滑动的位移，进而可以确定伸缩缝的X、Y、Z三维方向的相对位移。
作为本发明的一种优选技术方案，所述L形杆的一端固定在伸缩缝一侧的梁上，所述直杆一端固定在伸缩缝另一侧的梁上，所述内伸缩杆的一端位于L形杆一侧的孔内，该内伸缩杆的L杆侧端在外力作用下可水平方向自由移动，该内伸缩杆的另一端垂直方向活动连接在所述矩形槽一侧凹槽内，所述矩形槽一侧焊接有连接杆，所述连接杆可在所述直杆内水平滑动；在桥梁上设置太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池连接，所述蓄电池作为电源正负极进行电流输出。
作为本发明的一种优选技术方案，弹压式接触器具体结构为在杆的上下两端分别设置有弹簧，弹簧的端部连接有半圆形导电片。所述弹压式接触器通过所述弹簧的作用使半圆形导电片紧紧的与所述导电电阻片贴合。位于所述蓄电池通过导线与电源正负极相连；所述控制器通过无线传输方式将读取的位移量传递到控制中心处。
桥梁伸缩缝的三维方向相对位移监测系统的使用方法，包括水平X方向位移测量、Y方向位移测量及Z方向位移测量三种模式；X方向位移测量模式时，当所述伸缩缝两侧的梁发生水平X方向位移时，所述内伸缩杆在外力的作用下在L形杆内发生移动，此时由于所述内伸缩杆上的弹压式接触器与管内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在水平X方向上的位移改变量；
Y方向位移测量模式时，当所述伸缩缝两侧的梁发生Y方向位移时，所述内伸缩杆在所述L形杆的作用下，使所述连接杆上的弹压式接触片在所述直杆上滑动，此时所述弹压式接触器与直管内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在Y方向上的位移改变量；
Z方向位移测量模式时，当所述伸缩缝两侧的梁发生Z方向位移时，所述内伸缩杆在所述L形杆的作用下，使所述内伸缩杆的一端的弹压式接触片在所述矩形槽内的导电电阻片上滑动，此时由于所述内伸缩杆上的弹压式接触器与矩形槽内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在Z方向上的位移改变量；
而当上述测量模式伸缩缝两侧的梁发生位移量大于桥梁伸缩缝设定的安全值时，安排施工人员马上对桥梁进行维修。
与现有技术相比本发明所达到的有益效果是：
1)本发明中位移监测系统通过固定座设置在伸缩缝两侧的梁上，利用梁的位移形变推动杆在装有导电电阻片的管或槽内滑动，利用弹压式接触器与导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路中电流的改变，来得出伸缩缝在不同方向的位移改变量。该监测系统主要是基于通过机械传动来实现位移监测，使得监测系统适应于不同的气候条件，且结构较为简单。
2)现有技术中位移传感器的安装往往需要安装在伸缩缝的中间，许多在桥梁建造时就将位移传感器安装在桥梁伸缩缝处，这样才能测量较为准确，然而安装在伸缩缝中间往往会导致安装较为复杂，需要借助不同的设备来完成；此外，当位移传感器发生故障时，更换或维修位移传感器也较为复杂。而本申请中位移监测系统只需安装在桥梁的最外侧，一方面便于安装，另外一方面即使桥梁将来拆除，也可以方便的拆除设备便于重复利用。另外，对于一些较早建造且没有安装位移传感器的桥梁，也可以通过在桥梁外侧进行安装监测，即使在位移监测装置发生故障时也可以简单、高效的进行维修，节省了大量的人力和物力。
3)本申请通过设置一个太阳能板和一个蓄电池就可以持续的为监测系统供电，蓄电池存储太阳能板产生的电量，最终通过导线与位于管和矩形槽内的导电电阻片构成回路。
4)本申请通过在内伸缩杆的一端设置有方向转换装置，其中该转换装置的矩形槽的一端焊接有连接杆，通过该装置的具体设置可以有效的实现Z方向的监测和Y方向的监测，实现了两个方向的转换，具有结构简单，使用方便等优点。
附图说明
图1是本发明的位移监测系统的结构示意图。
图2是直杆结构示意图。
图3是弹压式接触器的结构示意图。
图4是方向转换装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，该相对位移监测系统包括L形杆1、内伸缩杆2、方向转换装置3、直杆4及控制器5，所述方向转换装置3包括矩形槽3.1和连接杆3.2；其中所述L形杆1的一端固定在伸缩缝一侧的梁上，所述直杆4一端固定在伸缩缝另一侧的梁上，所述内伸缩杆2的一端位于L形杆1一侧的孔内，该内伸缩杆2在外力的作用下可水平方向自由移动，该内伸缩杆2的另一端活动连接在所述矩形槽3.1一侧凹槽内，所述矩形槽3.1另一侧焊接有连接杆3.2，所述连接杆3.2可在所述直杆4内水平滑动；所述L形杆1及直杆4均为空心管，所述连接杆可在所述直杆内水平滑动；所述L形杆及直杆均为空心管，所述内伸缩杆2和所述连接杆3.2的一端设置有限位装置(其中该限位装置可以为现有技术中常用的凸块或者其他常用的可活动限位结构)，避免在外力作用下与所述空心管或所述矩形槽3.1脱离，所述空心管和所述矩形槽内均布有两片相同导电电阻片6；两电阻片同一侧端与电源正、负不同电极相连；；其中所述内伸缩杆2的两端设置有弹压式接触器2.1、2.2，所述连接杆3.2一端也设置有弹压式接触器，所述弹压式接触器贴紧2片电阻片并可在所述空心管和所述矩形槽3.1内滑动，在L形杆1、矩形槽3.1及直杆4内通过所述弹压式接触器沿导电电阻片的滑动，使电源正负极通过导电电阻片与弹压式接触器形成回路，通过制器中显示电流的大小可判断出所述弹压式接触器在导电电阻片上滑动的位移，进而可以确定伸缩缝的位移。具体的，当所述伸缩缝两侧的梁发生X方向位移时，所述内伸缩杆2在外力的作用下在L形杆内发生移动，此时由于所述内伸缩杆2上的弹压式接触器与管内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在X方向上的位移改变量；当所述伸缩缝两侧的梁发生横桥向水平错位移动时，所述内伸缩杆2在所述L形杆1的作用下，使所述连接杆3.2上的弹压式接触片在所述直杆上滑动，此时所述弹压式接触器与直管内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在Y方向上的位移改变量；当所述伸缩缝两侧的梁发生Z方向位移时，所述内伸缩杆2在所述L形杆1的作用下，使所述内伸缩杆2的一端的弹压式接触片在所述矩形槽3.1内的导电电阻片上滑动，此时由于所述内伸缩杆2上的弹压式接触器与矩形槽内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在Z方向上的位移改变量；而当上述伸缩缝两侧的梁发生位移量大于桥梁伸缩缝设定的安全值时，安排施工人员马上对桥梁进行维修。
此外，在桥梁处设置太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池连接，所述蓄电池作为电源正负极进行电流输出，所述弹压式接弹压式接触器具体结构触器具体结构为在杆的两端分别设置有弹簧，弹簧的端部连接有半圆形导电片，所述弹压式接触器通过所述弹簧的作用使半圆形导电片仅仅的与所述导电电阻片贴合；位于所述蓄电池通过导线与电源正负极相连；所述控制器通过无线传输方式将读取的位移量传递到控制中心处。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)
1.一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，其特征在于，所述位移监测系统包括L形杆、内伸缩杆、方向转换装置、直杆及控制器；所述L形杆及直杆均为空心管，所述方向转换装置包括矩形槽和连接杆；所述空心管和所述矩形槽内均布有两片相同导电电阻片，两电阻片同一侧端与电源正、负不同电极相连；所述内伸缩杆的两端设置有弹压式接触器，所述连接杆一端也设置有弹压式接触器，所述弹压式接触器贴紧导电电阻片并可在所述空心管和所述矩形槽内滑动，所述内伸缩杆和所述连接杆一端还设有限位装置，防止外力作用下与所述空心管或所述矩形槽脱离，其中在L形杆、矩形槽及直杆内通过所述弹压式接触器沿导电电阻片的滑动，使电源正负极通过导电电阻片与弹压式接触器形成回路，通过控制器中显示电流的大小可判断出所述弹压式接触器在导电电阻片上滑动的位移，进而可以确定伸缩缝的X、Y、Z三维方向的相对位移；所述L形杆的一端固定在伸缩缝一侧的梁上，所述直杆一端固定在伸缩缝另一侧的梁上，所述内伸缩杆的一端位于L形杆一侧的孔内，该内伸缩杆的L杆侧端在外力作用下可水平方向自由移动，该内伸缩杆的另一端垂直方向活动连接在所述矩形槽一侧凹槽内，所述矩形槽一侧焊接有连接杆，所述连接杆可在所述直杆内水平滑动。
2.如权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，其特征在于，在桥梁上设置太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池连接，所述蓄电池作为电源正负极进行电流输出。
3.如权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，其特征在于，所述弹压式接触器具体结构为在杆的上下两端分别设置有弹簧，弹簧的端部连接有半圆形导电片。
4.如权利要求3所述的一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，其特征在于，所述弹压式接触器通过所述弹簧的作用使半圆形导电片紧紧的与所述导电电阻片贴合。
5.如权利要求2所述的一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，其特征在于，所述蓄电池通过导线与电源正负极相连。
6.如权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统，其特征在于，所述控制器通过无线传输方式将读取的位移量传递到控制中心处。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的桥梁伸缩缝三维方向相对位移监测系统的使用方法，其特征在于，包括水平X方向位移测量、Y方向位移测量及Z方向位移测量三种模式； X方向位移测量模式时，当所述伸缩缝两侧的梁发生水平X方向位移时，所述内伸缩杆在外力的作用下在L形杆内发生移动，此时由于所述内伸缩杆上的弹压式接触器与管内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在水平X方向上的位移改变量；Y方向位移测量模式时，当所述伸缩缝两侧的梁发生Y方向位移时，所述内伸缩杆在所述L形杆的作用下，使所述连接杆上的弹压式接触片在所述直杆上滑动，此时所述弹压式接触器与直管内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在Y方向上的位移改变量；Z方向位移测量模式时，当所述伸缩缝两侧的梁发生Z方向位移时，所述内伸缩杆在所述L形杆的作用下，使所述内伸缩杆的一端的弹压式接触片在所述矩形槽内的导电电阻片上滑动，此时由于所述内伸缩杆上的弹压式接触器与矩形槽内的导电电阻片和电源正负极形成的闭合回路电流发生改变，进而根据电流变化和位移变化值的固定关系通过控制器运算并显示伸缩缝在Z方向上的位移改变量；
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