CN111505056A - 一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统及方法，监测系统包括：一体化通讯箱和监测集成盒，监测集成盒贴合在缆索的无防护涂层处，一体化通讯箱与监测集成盒电性连接，进行信号数据采集。本发明可全天候在线实时监测桥梁缆索腐蚀速率状态，实现对桥梁缆索服役过程中腐蚀数据的在线采集。

Description

一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统及方法
技术领域
本发明属于桥梁腐蚀防护技术领域，更具体的说是涉及一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统及方法。
背景技术
缆索(主缆、吊索、斜拉索)是悬索桥/斜拉桥的主要受力构件，承受桥梁的全部荷载，且在大桥的整个使用期内不易更换。在大气腐蚀环境和荷载作用下，随着时间的推移，缆索钢丝及其防护层不可避免地产生腐蚀与损伤，缩短桥梁的使用寿命，更使得桥梁的安全可靠性评价出现困难。因此，为保障桥梁的结构安全及预防运营事故的发生，有必要对桥梁缆索进行腐蚀在线监测，从而保障桥梁的全寿命安全。
早期对桥梁缆索检测主要以人工观察为主，高空作业严重威胁技术人员的生命安全，且受主观影响较大。此外，磁漏检测方法在理论上尚不完善，且在定量检测上存在困难。当缆索内部钢丝表面存在原始缺陷，基于超声波检测方法同样存在较大误差。上述两种检测方案均需人工高空作业，且为桥梁运行周期性维养检测，难以实现全天候在线监测。
因此，如何提供一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统及方法，可全天候在线实时监测桥梁缆索腐蚀速率状态，实现对桥梁缆索服役过程中腐蚀数据的在线采集。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，包括：一体化通讯箱和监测集成盒，所述监测集成盒贴合在缆索的无防护涂层处，所述一体化通讯箱与所述监测集成盒电性连接，进行信号数据采集。
优选的，所述所述监测集成盒设置于气夹内，所述气夹上安装有气密防水头，所述一体化通讯箱与所述监测集成盒连接的导线穿过所述气密防水头。
优选的，所述气夹设置于所述缆索进气点与所述缆索排气点位置处。
优选的，所述一体化通讯箱集避雷器、空开、电力载波通讯模块、开关电源、电阻腐蚀监测仪、温湿度监测仪于一体。
优选的，所述监测集成盒上设置有温湿度传感器、腐蚀金属丝和参考金属丝，所述温湿度传感器和所述腐蚀金属丝均露于所述监测集成盒的外侧，所述参考金属丝内嵌于所述监测集成盒内。
优选的，所述温湿度监测仪用于采集所述温湿度传感器的信号，所述电阻腐蚀监测仪用于采集腐蚀金属丝和参考金属丝的信号，并将采用的信号通过电力载波通讯模块传输至桥梁管养中心。
一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测方法，将监测集成盒贴合在缆索的无防护涂层处，一体化通讯箱布置在缆索的扶手绳上，并将所述一体化通讯箱与所述监测集成盒电性连接，进行信号数据采集，实现对梁缆索腐蚀全天候在线监测，设置多个腐蚀监测点进行全方位监测。
优选的，通过一体化通讯箱内的电阻腐蚀监测仪检测外漏于监测集成盒的腐蚀金属丝的电阻值Rx以及内嵌于监测集成盒的参考金属丝的电阻值Rf，通过一体化通讯箱内的温湿度监测仪采集外漏于监测集成盒的温湿度传感器的信号。
优选的，腐蚀金属丝的电阻值Rx与参考金属丝的电阻值Rf的比值λ(t)满足：
Figure BDA0002456324880000031
其中，Lx为腐蚀金属丝的长度，Lf为参考金属丝的长度；rx(t)为腐蚀金属丝的半径，rf为参考金属丝的半径；t为测量时的时刻；
由公式(1)推得：
Figure BDA0002456324880000032
腐蚀金属丝的腐蚀速率Vx，由公式(2)求导得出：
Figure BDA0002456324880000033
本发明的有益效果在于：
(1)本发明户外一体化通讯箱内部集避雷器、空开、电力载波通讯模块、开关电源、电阻腐蚀监测仪、温湿度监测仪于一体，方便高空快速安装，可全天候在线实时监测缆索腐蚀速率状态，实现对缆索服役过程中腐蚀数据的在线采集。
(2)本发明桥梁缆索采用的监测集成盒，尺寸小巧，可灵活安装于气夹内，采用缆索周向贴合布置方式，利于测量点进行横向比较，采用多个缆索进、排气口纵向测试点比较，实现全面、全方位监测缆索腐蚀状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图。
图2附图为本发明监测集成盒的安装结构示意图。
图3附图为本发明监测集成盒的结构示意图。
图4附图为本发明监测集成盒的施工图。
图5附图为本发明监测点的布置结构示意图。
图6附图为本发明各个腐蚀监测点电阻比值变化曲线。
图7附图为本发明各个腐蚀监测点腐蚀速率变化曲线。
其中，图中，
1-缆索进气点；2-缆索排气点；3-腐蚀监测点；4-缆索；5-桥梁桥面；6-上游主缆；7-下游主缆；8-220V电力线；9-一体化通讯箱；10-干燥空气入口；11-气夹；12-监测集成盒；13-气密防水头；14-防护涂层；15-腐蚀金属丝；16-参考金属丝；17-温湿度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1-5，本发明提供了一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，缆索4连接在桥梁桥面5的两侧，包括：一体化通讯箱9和监测集成盒12，一体化通讯箱9布置在缆索扶手绳上，通过220V电力线8进行供电，监测集成盒12贴合在缆索的无防护涂层14处，通过扎带或固定胶紧密贴合布置在缆索周向，一体化通讯箱9与监测集成盒12电性连接，进行信号数据采集。
在另一种实施例中，监测集成盒12设置于气夹11内，气夹11设置于缆索进气点1与缆索排气点2位置处，气夹11上设置有干燥空气入口10，保证气夹11内的空气流通。气夹11上安装有气密防水头13，一体化通讯箱9与监测集成盒12连接的导线穿过气密防水头13，保证了监测系统的密封性，提高了防水性能。
一体化通讯箱9集避雷器、空开、电力载波通讯模块、开关电源、电阻腐蚀监测仪、温湿度监测仪于一体，方便高空快速安装。监测集成盒12上设置有温湿度传感器17、腐蚀金属丝15和参考金属丝16，温湿度传感器17和腐蚀金属丝15均露于监测集成盒12的外侧，直接于缆索腐蚀环境接触，参考金属丝16内嵌于监测集成盒12内，不与外界环境接触，能较好与腐蚀金属丝15在腐蚀情况进行电阻比较。监测集成盒12厚度可为0.5～1mm，将腐蚀金属丝15、参考金属丝16、温湿度传感器17集成在一起，尺寸小巧，可灵活安装于缆索进气点1、缆索排气点2的气夹11内。
温湿度监测仪用于采集温湿度传感器17的信号，电阻腐蚀监测仪用于采集腐蚀金属丝15和参考金属丝16的信号，并将采用的信号通过电力载波通讯模块传输至桥梁管养中心。
一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测方法，将监测集成盒12贴合在缆索4的无防护涂层14处，一体化通讯箱9布置在缆索的扶手绳上，并将一体化通讯箱9与监测集成盒12电性连接，进行信号数据采集，实现对梁缆索腐蚀全天候在线监测，设置多个腐蚀监测点3进行全方位监测，缆索的上游主缆6与下游主缆7上都设置有腐蚀监测点3。
本发明通过一体化通讯箱9内的电阻腐蚀监测仪检测外漏于监测集成盒12的腐蚀金属丝15的电阻值Rx以及内嵌于监测集成盒12的参考金属丝16的电阻值Rf，通过一体化通讯箱9内的温湿度监测仪采集外漏于监测集成盒12的温湿度传感器17的信号。
其中，腐蚀金属丝15的电阻值Rx与参考金属丝16的电阻值Rf的比值λ(t)满足：
Figure BDA0002456324880000061
其中，Lx为腐蚀金属丝15的长度，Lf为参考金属丝16的长度；rx(t)为腐蚀金属丝15的半径，rf为参考金属丝16的半径；t为测量时的时刻；腐蚀金属丝15的半径rx(t)会随着腐蚀的进行而逐渐减小，参考金属丝16处于封闭的探头体内，其半径rf保持不变。
由公式(1)推得：
Figure BDA0002456324880000062
腐蚀金属丝15的腐蚀速率Vx，由公式(2)求导得出：
Figure BDA0002456324880000063
本发明户外一体化通讯箱9内部集避雷器、空开、电力载波通讯模块、开关电源、电阻腐蚀监测仪、温湿度监测仪于一体，方便高空快速安装，可全天候在线实时监测缆索腐蚀速率状态，实现对缆索服役过程中腐蚀数据的在线采集。
本发明桥梁缆索采用的监测集成盒12，尺寸小巧，可灵活安装于气夹11内，采用缆索周向贴合布置方式，利于测量点进行横向比较，采用多个缆索进、排气口纵向测试点比较，实现全面、全方位监测缆索腐蚀状态。
参考图6-7，本发明应用于跨海大桥的实桥监测结果。跨海大桥在建造期时缆索内留存大量水分，建造完毕进入管养期后，通过缆索除湿系统运作，对缆索内部通干燥空气后，缆索内相对湿度在一段时间(0.5-1年)内下降一定幅度，并在后续较长一段时间内维持在50％以下。因此，本发明的测试结果可见：腐蚀金属丝15瞬时腐蚀速率(2019年12月23日5:57时)：SS3处，14.66μm/a，至2019年12月31日5:57时的腐蚀速率平均值为5.727μm/a。腐蚀速率趋势呈对数函数(y＝-53734ln(x)+574088)变化，且随时间逐渐减缓。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，其特征在于，包括：一体化通讯箱和监测集成盒，所述监测集成盒贴合在缆索的无防护涂层处，所述一体化通讯箱与所述监测集成盒电性连接，进行信号数据采集。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，其特征在于，所述所述监测集成盒设置于气夹内，所述气夹上安装有气密防水头，所述一体化通讯箱与所述监测集成盒连接的导线穿过所述气密防水头。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，其特征在于，所述气夹设置于所述缆索进气点与所述缆索排气点位置处。
4.根据权利要求1或3所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，其特征在于，所述一体化通讯箱集避雷器、空开、电力载波通讯模块、开关电源、电阻腐蚀监测仪、温湿度监测仪于一体。
5.根据权利要求4所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，其特征在于，所述监测集成盒上设置有温湿度传感器、腐蚀金属丝和参考金属丝，所述温湿度传感器和所述腐蚀金属丝均露于所述监测集成盒的外侧，所述参考金属丝内嵌于所述监测集成盒内。
6.根据权利要求5所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测系统，其特征在于，所述温湿度监测仪用于采集所述温湿度传感器的信号，所述电阻腐蚀监测仪用于采集腐蚀金属丝和参考金属丝的信号，并将采用的信号通过电力载波通讯模块传输至桥梁管养中心。
7.根据权利要求6所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测方法，其特征在于，将监测集成盒贴合在缆索的无防护涂层处，一体化通讯箱布置在缆索的扶手绳上，并将所述一体化通讯箱与所述监测集成盒电性连接，进行信号数据采集，实现对梁缆索腐蚀全天候在线监测，设置多个腐蚀监测点进行全方位监测。
8.根据权利要求7所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测方法，其特征在于，通过一体化通讯箱内的电阻腐蚀监测仪检测外漏于监测集成盒的腐蚀金属丝的电阻值Rx以及内嵌于监测集成盒的参考金属丝的电阻值Rf，通过一体化通讯箱内的温湿度监测仪采集外漏于监测集成盒的温湿度传感器的信号。
9.根据权利要求8所述的一种桥梁缆索腐蚀全天候在线监测方法，其特征在于，腐蚀金属丝的电阻值Rx与参考金属丝的电阻值Rf的比值λ(t)满足：
Figure FDA0002456324870000021
其中，Lx为腐蚀金属丝的长度，Lf为参考金属丝的长度；rx(t)为腐蚀金属丝的半径，rf为参考金属丝的半径；t为测量时的时刻；
由公式(1)推得：
Figure FDA0002456324870000022
腐蚀金属丝的腐蚀速率Vx，由公式(2)求导得出：
Figure FDA0002456324870000023
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