CN111551207A - 一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法 - Google Patents

Abstract

一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法，涉及桥梁桥墩结构健康监测领域，本发明为了解决现有技术中由于无法准确监测桥墩结构所受应力，以及缺少对桥墩冲击危险及时预警的技术，从而导致桥墩寿命缩短的问题，本发明所述监测预警装置包括N个监测板组件和N个声测管组件，N为正整数，所述N个监测板组件首尾依次排列形成框体，相邻两个监测板组件的连接处设有一个声测管组件，每个声测管组件和一个监测板组件通过两个合页片相连。本发明主要用于对桥墩结构所受应力进行长期监测。

Description

一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法

技术领域

本发明涉及桥梁桥墩结构健康监测领域，具体涉及一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，交通领域在经济发展中所占据的地位愈发重要，而约占交通总长度10％的桥梁更是促进交通发展的至关重要结构。近几十年来，我国桥梁建设进入快速建设发展阶段，港珠澳大桥、北盘江大桥、青岛海湾大桥、南京大胜关长江大桥等桥梁工程的建设，均彰显了我国在桥梁建设方面，无论是建造规模，还是科技工艺，均已达到世界领先水平。

随着我国桥梁规模的不断扩大，确保桥梁稳固性的工作显得尤为重要，近些年，自然灾害的数量加剧，洪水，泥石流、浮冰撞击等灾害对桥墩结构产生了巨大的破坏，导致桥墩结构不断发生水毁事故，而桥墩作为桥梁的主要承重结构，桥墩发生破坏，轻者使得桥墩本身发生开裂、沉降现象，重者桥体坍塌、桥面毁损，进而引发严重交通事故。

现如今，人们对桥梁结构的建设也越来越严格，对桥墩结构的监测与保护也引起了业内专家的广泛关注，但目前的研究多集中在桥墩基础结构的冲刷，桥墩的沉降，桥墩撞击防护等方面，而对于桥墩结构所受的应力、应变的监测研究不足。桥墩结构在水流压力、漂浮物撞击、浮冰撞击、甚至是船舶撞击等情况下，桥墩结构使用寿命缩短，因此为了延长桥墩的使用寿命，为桥墩使用寿命与桥墩应力的相关性研究提供有力数据，实时长期监测桥墩结构应力是十分必要的，与此同时，对可能发生的桥墩撞击进行安全预警是保护桥墩乃至整个桥梁稳定性的重要举措。

因此，研制一种可以长期实时监测桥墩受力情况，对桥墩撞击危险进行安全预警，且布设工艺适应性及可操作性强，不会破坏桥墩结构性能，能够随水位升降的浮动式的桥墩冲击监测预警装置，是该领域技术人员亟需解决的一个问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中由于无法准确监测桥墩结构所受应力，以及缺少对桥墩冲击危险及时预警的技术，从而导致桥墩寿命缩短的问题，进而提供了一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法；

一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，所述监测预警装置包括N个监测板组件和N个声测管组件，N为正整数，所述N个监测板组件首尾依次排列形成框体，相邻两个监测板组件的连接处设有一个声测管组件，每个声测管组件和一个监测板组件通过两个合页片相连；

进一步地，所述监测板组件包括底板、顶板、橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板、钢筋网、光纤光栅应变传感器网笼、浮力板、光纤光栅应变传感器、两个加速度传感器网笼和两个加速度传感器，所述底板、橡胶内板、顶板和橡胶外板首尾依次相接组成矩形框体，玻璃纤维内板、玻璃纤维外板、钢筋网、光纤光栅应变传感器网笼、浮力板、光纤光栅应变传感器、两个加速度传感器网笼和两个加速度传感器均设置在矩形框体中，橡胶内板的内壁与玻璃纤维内板一侧侧壁固定连接，玻璃纤维内板的另一侧侧壁与钢筋网固定连接，钢筋网上设有两个加速度传感器网笼和一个光纤光栅应变传感器网笼，两个加速度传感器网笼位于一个光纤光栅应变传感器网笼上方，且每个加速度传感器网笼至光纤光栅应变传感器网笼的距离相等，每个加速度传感器设置在一个加速度传感器网笼中，光纤光栅应变传感器设置在光纤光栅应变传感器网笼中，浮力板的侧壁加工有三个矩形通孔，位于上方的两个矩形通孔中的每个矩形通孔与一个加速度传感器网笼对应设置，位于下方的一个矩形通孔与一个光纤光栅应变传感器网笼对应设置，浮力板套设在两个加速度传感器网笼和一个光纤光栅应变传感器网笼上，且浮力板的一侧侧壁与钢筋网固定连接，浮力板的另一侧侧壁与玻璃纤维外板的一侧侧壁固定连接，且玻璃纤维外板的一侧侧壁与两个加速度传感器网笼的另一端接触，玻璃纤维外板的另一侧侧壁与橡胶外板的内壁固定连接，玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的顶面均与顶板固定连接，玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的底面均与底板固定连接，橡胶外板与一个声测管组件通过两个合页片相连；

进一步地，所述监测板组件还包括多个阵列式光纤光栅，多个阵列式光纤光栅封装在玻璃纤维外板中，且多个阵列式光纤光栅沿玻璃纤维外板的宽度方向等距分布；

进一步地，所述橡胶内板流化固接在玻璃纤维内板的一侧，橡胶外板流化固接在玻璃纤维外板的一侧；

进一步地，所述加速度传感器网笼的一端与钢筋网焊接固定，光纤光栅应变传感器网笼的一端与钢筋网焊接固定；

进一步地，所述加速度传感器网笼的尺寸与加速度传感器的尺寸一致，所述光纤光栅应变传感器网笼的端面宽度与光纤光栅应变传感器的端面直径一致，光纤光栅应变传感器网笼的长度小于光纤光栅应变传感器的长度，光纤光栅应变传感器网笼和光纤光栅应变传感器的长度之差为4-5cm；

进一步地，所述加速度传感器网笼的另一端与光纤光栅应变传感器的信号接收端均与玻璃纤维外板相切，且钢筋网与玻璃纤维外板之间为中空结构，浮力板填充在钢筋网与玻璃纤维外板之间；

进一步地，所述声测管组件包括声测管顶盖、带底声测管和声波探测仪，所述声波探测仪设置在带底声测管内，且声波探测仪的壳体与带底声测管的底板固定连接，声测管顶盖粘接在带底声测管的顶部，带底声测管通过两个合页片与一个橡胶外板相连；

进一步地，所述带底声测管的横截面为扇形，且扇形所对圆心角为360/N°，N为监测板组件的个数；

一种浮动式桥墩冲击监测预警装置的布设方法，所述布设方法是通过以下步骤实现的：

步骤一：测量所要监测桥墩的四面尺寸，确定每块监测板组件的长度尺寸，保证每块监测板组件的内壁与桥墩贴合设置；

步骤二：根据步骤一中所得出的每块监测板组件的长度尺寸确定橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的长度尺寸，并保证橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的长度和宽度尺寸一致，且玻璃纤维外板内部封装有多个阵列式光纤光栅，橡胶内板流化固接在玻璃纤维内板的一侧，玻璃纤维内板的另一侧固接有钢筋网，钢筋网和玻璃纤维外板之间设有两个加速度传感器网笼和一个光纤光栅应变传感器网笼，每个加速度传感器网笼的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼的一端都与钢筋网焊接固定，每个加速度传感器设置在一个加速度传感器网笼中，每个光纤光栅应变传感器设置在一个光纤光栅应变传感器网笼中，每个加速度传感器网笼的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼的另一端都与玻璃纤维外板的一侧接触，浮力板充满在钢筋网和玻璃纤维外板之间，玻璃纤维外板的另一侧流化固接在橡胶外板上，橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板、钢筋网和浮力板的底面均固接在底板的上表面上，橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板、钢筋网和浮力板的顶面均与顶板粘接固定，至此单块监测板组件制作完成，同上述连接方式制作其余三块监测板组件；

步骤三：根据步骤二中单块监测板组件的厚度以及声波探测仪的尺寸确定声测管组件的尺寸，单块监测板组件的厚度为声测管组件中带底声测管中侧壁的宽度，每个声波探测仪设置在一个带底声测管中，每个带底声测管顶部粘接有声测管顶盖用于密封，至此单个声测管组件制作完成，同上述连接方式制作其余三个声测管组件；

步骤四：将步骤三中每个声测管组件中带底声测管中每个侧壁与弧面壁的接触处均铰接有两个合页片，两个合页片沿声测管组件的长度方向设置，每个声测管组件与四个合页片组成合页轴；

步骤五：利用步骤四中的合页轴分别将相邻两侧的监测板组件连接，并使每块监测板组件贴合于桥墩壁上，构成包覆桥墩周壁的监测装置。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法对桥梁墩台冲击应力的监测，满足桥梁工程领域对桥墩进行长期实时监测的需求。

2、本发明提供的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置通过采用声波探测技术，可对桥墩结构进行撞击危险预警，有效保障桥梁整体结构安全。

3、本发明提供的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置通过采用了阵列式光纤光栅，其灵敏度高，化学稳定性好，可实现长期组网冲击应力监测。

4、本发明提供的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置通过采用了底板，顶板，顶盖等多重封闭保护措施，增强了装置的密闭性，降低损坏率，提高使用寿命。

5、本发明提供的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置整体采用高弹性橡胶板作为保护层，可以有效降低外物撞击对桥墩的破坏，在监测的同时，也保护了桥墩结构。

6、本发明提供的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置的形状、体积可根据现场桥墩需求任意调节，适应性及可变性强。

7、本发明为浮动式装置，可随水位的变化而升降，监测精度高，效果好，数据准确。

8、本发明一种浮动式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法采用拼装固定的形式，布设方便，工艺简单，可操作性强，对桥墩结构性能无影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中监测板组件侧视示意图；

图3为本发明中监测板组件轴侧示意图；

图4为本发明中监测板组件中各个传感器安装的主视示意图；

图5为本发明中监测板组件中各个传感器安装的侧视示意图；

图6为本发明中监测板组件中各个传感器安装的俯视示意图；

图7为本发明中监测板组件中阵列式光纤光栅封装正视图；

图8为本发明中声测管组件和监测板组件的俯视图；

图9为本发明中声测管组件和监测板组件的轴侧图；

图10为本发明应用于圆柱形桥墩时的整体示意图；

图11为本发明应用于圆柱形桥墩时单个监测板组件的内部示意图；

图12为本发明应用于圆柱形桥墩时单个监测板组件中各个传感器安装的主视示意图；

图13为本发明应用于圆柱形桥墩时单个监测板组件中各个传感器安装的俯视示意图；

图中包括1底板,、2顶板、3声测管顶管、4橡胶内板、5橡胶外板、6玻璃纤维内板7玻璃纤维外板、8钢筋网、9加速度传感器网笼、10光纤光栅应变传感器网笼、11浮力板、12带底声测管、13阵列式光纤光栅、14加速度传感器、15光纤光栅应变传感器、16声波探测仪和17合页片。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1说明本实施方式，本实施方式提供了一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，所述监测预警装置包括N个监测板组件和N个声测管组件，N为正整数，所述N个监测板组件首尾依次排列形成框体，相邻两个监测板组件的连接处设有一个声测管组件，每个声测管组件和一个监测板组件通过两个合页片17相连。

本发明所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置的工作原理是，利用监测板组件中的阵列式光纤光栅对桥墩结构所受的应力大小及位置进行实时长期的精准监测，利用监测板组件中的加速度传感器对水流、浮冰、船舶的速度、加速度进行实时监测，利用声测管组件中的声波探测仪对可能发生的桥墩撞击情况进行安全预警，进而有效保障桥梁整体结构安全，采用高弹性橡胶作为装置的外层板体，可以有效缓冲外物对桥墩的碰撞，确保桥墩安全可靠，本实施方式中，N的取值与所要监测的桥墩结构有关，保证所要监测的桥墩结构的每个侧面均设有一个监测板组件。

具体实施方式二：参照图2至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的监测板组件作进一步限定，本实施方式中，所述监测板组件包括底板1、顶板2、橡胶内板4、橡胶外板5、玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7、钢筋网8、光纤光栅应变传感器网笼10、浮力板11、光纤光栅应变传感器15、两个加速度传感器网笼9和两个加速度传感器14，所述底板1、橡胶内板4、顶板2和橡胶外板5首尾依次相接组成矩形框体，玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7、钢筋网8、光纤光栅应变传感器网笼10、浮力板11、光纤光栅应变传感器15、两个加速度传感器网笼9和两个加速度传感器14均设置在矩形框体中，橡胶内板4的内壁与玻璃纤维内板6一侧侧壁固定连接，玻璃纤维内板6的另一侧侧壁与钢筋网8固定连接，钢筋网8上设有两个加速度传感器网笼9和一个光纤光栅应变传感器网笼10，两个加速度传感器网笼9位于一个光纤光栅应变传感器网笼10上方，且每个加速度传感器网笼9至光纤光栅应变传感器网笼10的距离相等，每个加速度传感器14设置在一个加速度传感器网笼9中，光纤光栅应变传感器15设置在光纤光栅应变传感器网笼10中，浮力板11的侧壁加工有三个矩形通孔，位于上方的两个矩形通孔中的每个矩形通孔与一个加速度传感器网笼9对应设置，位于下方的一个矩形通孔与一个光纤光栅应变传感器网笼10对应设置，浮力板11套设在两个加速度传感器网笼9和一个光纤光栅应变传感器网笼10上，且浮力板11的一侧侧壁与钢筋网8固定连接，浮力板11的另一侧侧壁与玻璃纤维外板7的一侧侧壁固定连接，且玻璃纤维外板7的一侧侧壁与两个加速度传感器网笼9的另一端接触，玻璃纤维外板7的另一侧侧壁与橡胶外板5的内壁固定连接，玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7和钢筋网8的顶面均与顶板2固定连接，玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7和钢筋网8的底面均与底板1固定连接，橡胶外板5与一个声测管组件通过两个合页片17相连。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，所述的橡胶内板4采用具有优良的高弹性、抗腐蚀性、耐久性及几何变形能力的橡胶材料，玻璃纤维内板6采用具有较大的比强度、比模量及优良的耐久性的材料，橡胶内板4、玻璃纤维内板6的宽度和高度一致，且宽度与矩形桥墩面的宽度一致，从而保证装置与桥墩面贴合；

所述的钢筋网8的宽度、高度和玻璃纤维内板6一致，钢筋网8采用胶结或焊接方式贴合固定在玻璃纤维内板6上，作为本发明板体结构的中空支撑骨架。加速度传感器网笼9的尺寸与所选用加速度传感器14一致，并依据加速度传感器14的布设位置固结在钢筋网8上。光纤光栅应变传感器网笼10的宽度与所选用的光纤光栅应变传感器15一致，并依据光纤光栅应变传感器15布设位置固结在钢筋网8上。

具体实施方式三：参照图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的监测板组件作进一步限定，本实施方式中，所述监测板组件还包括多个阵列式光纤光栅13，多个阵列式光纤光栅13封装在玻璃纤维外板7中，且多个阵列式光纤光栅13沿玻璃纤维外板7的宽度方向等距分布。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

本实施方式中，所述的阵列式光纤光栅13封装在玻璃纤维外板7中，阵列式光纤光栅13沿着玻璃纤维外板7的深度方向共布设三个。目的是可以长期实时监测桥墩所受的外力，并通过深度方向的三个阵列式光纤光栅，准确计算出外力作用位置，监测精准有效。

具体实施方式四：参照图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的橡胶内板4作进一步限定，本实施方式中，所述橡胶内板4流化固接在玻璃纤维内板6的一侧，橡胶外板5流化固接在玻璃纤维外板7的一侧。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，橡胶内板4采用流化的方式覆盖固结在玻璃纤维内板6内侧，保护了玻璃纤维板结构，与此同时，橡胶内板4也可以有效降低外物撞击对桥墩的破坏。将橡胶内板4、玻璃纤维内板6固结在底板1上，形成下端封闭结构，橡胶外板5和玻璃纤维外板7同理设置，目的是作为装置侧面板体结构的最外侧保护层，减少外物撞击对桥墩结构的伤害，保证装置对桥墩冲击监测的准确性，延长装置的使用寿命。以上便构成了单侧监测板结构。

具体实施方式五：参照图2至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的加速度传感器网笼9作进一步限定，本实施方式中，所述加速度传感器网笼9的一端与钢筋网8焊接固定，光纤光栅应变传感器网笼10的一端与钢筋网8焊接固定。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，所述的加速度传感器14放置于加速度传感器网笼9中，且加速度传感器14底面与钢筋网8相切且固接。光纤光栅应变传感器15放置于光纤光栅应变传感器网笼10中，且光纤光栅应变传感器底面与钢筋网8相切且固接。目的是通过传感器网笼结构对传感器的位置进行了限制固定，防止装置在受到外力冲击时，发生位置偏移，进而无法正常监测。

具体实施方式六：参照图2和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述加速度传感器网笼9作进一步限定，本实施方式中，所述加速度传感器网笼9的尺寸与加速度传感器14的尺寸一致，所述光纤光栅应变传感器网笼10的端面宽度与光纤光栅应变传感器15的端面直径一致，光纤光栅应变传感器网笼10的长度小于光纤光栅应变传感器15的长度，光纤光栅应变传感器网笼10和光纤光栅应变传感器15的长度之差为4-5cm。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，光纤光栅应变传感器网笼10的长度小于光纤光栅应变传感器15的长度，目的是为了露出光纤光栅应变传感器15的感应部分，避免网笼过长影响光纤光栅应变传感器15的监测效果。

具体实施方式七：参照图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述加速度传感器网笼9作进一步限定，本实施方式中，所述加速度传感器网笼9的另一端与光纤光栅应变传感器网笼10的另一端均与玻璃纤维外板7相切，且钢筋网8与玻璃纤维外板7之间为中空结构，浮力板11填充在钢筋网8与玻璃纤维外板7之间。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，所述的浮力板11采用低密度、高强度的多孔结构材料，浮力板11的宽度、高度与玻璃纤维内板6一致，浮力板11结构上带有矩形孔洞，矩形孔洞尺寸分别与加速度传感器网笼9、光纤光栅应变传感器网笼10尺寸一致，目的是使浮力板11充满网笼支撑形成的板体中空结构，为装置提供足够的浮力，进而使装置能够随水位的变化而升降，监测数据不受水位限制。

具体实施方式八：参照图1和图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述声测管组件作进一步限定，本实施方式中，所述声测管组件包括声测管顶盖3、带底声测管12和声波探测仪16，所述声波探测仪16设置在带底声测管12内，且声波探测仪16的壳体与带底声测管12的底板固定连接，声测管顶盖3粘接在带底声测管12的顶部，带底声测管12通过两个合页片17与一个橡胶外板5相连。

本实施方式中，所述的合页片17与带底声测管12连接构成合页轴，目的是保证带底声测管12与监测板结构的紧密连接，通过带底声测管12与合页片17构成的合页轴，分别将相邻两侧监测板组件连接，贴合于桥墩壁上，构成包覆矩形桥墩周壁的监测装置。进一步的，将顶板2胶结固定于监测板顶面，声测管顶盖3胶结固定于带底声测管12顶面，保证装置的完全密封结构。

具体实施方式九：参照图1和图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式八所述带底声测管12作进一步限定，本实施方式中，所述带底声测管12的横截面为扇形，且扇形所对圆心角为360/N°，N为监测板组件的个数。

本实施方式仅针对与多棱柱桥墩而言，针对于圆柱形桥墩，单个监测板组件的板型为弧形设置，带底声测管12也为圆柱形管体，为了连接的密封性单个监测板组件与带底声测管12的接触面也为弧形设置。

具体实施方式十：参照图1至图9说明本实施方式，本实施方式提供一种浮动式桥墩冲击监测预警装置的布设方法，所述布设方法是通过以下步骤实现的：

步骤一：测量所要监测桥墩的四面尺寸，确定每块监测板组件的长度尺寸，保证每块监测板组件的内壁与桥墩贴合设置；

步骤二：根据步骤一中所得出的每块监测板组件的长度尺寸确定橡胶内板4、橡胶外板5、玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7和钢筋网8的长度尺寸，并保证橡胶内板4、橡胶外板5、玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7和钢筋网8的长度和宽度尺寸一致，且玻璃纤维外板7内部封装有多个阵列式光纤光栅13，橡胶内板4流化固接在玻璃纤维内板6的一侧，玻璃纤维内板6的另一侧固接有钢筋网8，钢筋网8和玻璃纤维外板7之间设有两个加速度传感器网笼9和一个光纤光栅应变传感器网笼10，每个加速度传感器网笼9的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼10的一端都与钢筋网8焊接固定，每个加速度传感器14设置在一个加速度传感器网笼9中，每个光纤光栅应变传感器15设置在一个光纤光栅应变传感器网笼10中，每个加速度传感器网笼9的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼10的另一端都与玻璃纤维外板7的一侧接触，浮力板11充满在钢筋网8和玻璃纤维外板7之间，玻璃纤维外板7的另一侧流化固接在橡胶外板5上，橡胶内板4、橡胶外板5、玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7、钢筋网8和浮力板11的底面均固接在底板1的上表面上，橡胶内板4、橡胶外板5、玻璃纤维内板6、玻璃纤维外板7、钢筋网8和浮力板11的顶面均与顶板2粘接固定，至此单块监测板组件制作完成，同上述连接方式制作其余三块监测板组件；

步骤三：根据步骤二中单块监测板组件的厚度以及声波探测仪16的尺寸确定声测管组件的尺寸，单块监测板组件的厚度为声测管组件中带底声测管12中侧壁的宽度，每个声波探测仪16设置在一个带底声测管12中，每个带底声测管12顶部粘接有声测管顶盖3用于密封，至此单个声测管组件制作完成，同上述连接方式制作其余三个声测管组件；

步骤四：将步骤三中每个声测管组件中带底声测管12中每个侧壁与弧面壁的接触处均铰接有两个合页片17，两个合页片17沿声测管组件的长度方向设置，每个声测管组件与四个合页片17组成合页轴；

步骤五：利用步骤四中的合页轴分别将相邻两侧的监测板组件连接，并使每块监测板组件贴合于桥墩壁上，构成包覆桥墩周壁的监测装置。

Claims (10)

1.一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述监测预警装置包括N个监测板组件和N个声测管组件，N为正整数，所述N个监测板组件首尾依次排列形成框体，相邻两个监测板组件的连接处设有一个声测管组件，每个声测管组件和一个监测板组件通过两个合页片(17)相连。

2.根据权利要求1中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述监测板组件包括底板(1)、顶板(2)、橡胶内板(4)、橡胶外板(5)、玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)、钢筋网(8)、光纤光栅应变传感器网笼(10)、浮力板(11)、光纤光栅应变传感器(15)、两个加速度传感器网笼(9)和两个加速度传感器(14)，所述底板(1)、橡胶内板(4)、顶板(2)和橡胶外板(5)首尾依次相接组成矩形框体，玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)、钢筋网(8)、光纤光栅应变传感器网笼(10)、浮力板(11)、光纤光栅应变传感器(15)、两个加速度传感器网笼(9)和两个加速度传感器(14)均设置在矩形框体中，橡胶内板(4)的内壁与玻璃纤维内板(6)一侧侧壁固定连接，玻璃纤维内板(6)的另一侧侧壁与钢筋网(8)固定连接，钢筋网(8)上设有两个加速度传感器网笼(9)和一个光纤光栅应变传感器网笼(10)，两个加速度传感器网笼(9)位于一个光纤光栅应变传感器网笼(10)上方，且每个加速度传感器网笼(9)至光纤光栅应变传感器网笼(10)的距离相等，每个加速度传感器(14)设置在一个加速度传感器网笼(9)中，光纤光栅应变传感器(15)设置在光纤光栅应变传感器网笼(10)中，浮力板(11)的侧壁加工有三个矩形通孔，位于上方的两个矩形通孔中的每个矩形通孔与一个加速度传感器网笼(9)对应设置，位于下方的一个矩形通孔与一个光纤光栅应变传感器网笼(10)对应设置，浮力板(11)套设在两个加速度传感器网笼(9)和一个光纤光栅应变传感器网笼(10)上，且浮力板(11)的一侧侧壁与钢筋网(8)固定连接，浮力板(11)的另一侧侧壁与玻璃纤维外板(7)的一侧侧壁固定连接，且玻璃纤维外板(7)的一侧侧壁与两个加速度传感器网笼(9)接触，玻璃纤维外板(7)的另一侧侧壁与橡胶外板(5)的内壁固定连接，玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)和钢筋网(8)的顶面均与顶板(2)固定连接，玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)和钢筋网(8)的底面均与底板(1)固定连接，橡胶外板(5)与一个声测管组件通过两个合页片(17)相连。

3.根据权利要求2中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述监测板组件还包括多个阵列式光纤光栅(13)，多个阵列式光纤光栅(13)封装在玻璃纤维外板(7)中，且多个阵列式光纤光栅(13)沿玻璃纤维外板(7)的宽度方向等距分布。

4.根据权利要求3中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述橡胶内板(4)流化固接在玻璃纤维内板(6)的一侧，橡胶外板(5)流化固接在玻璃纤维外板(7)的一侧。

5.根据权利要求4中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述加速度传感器网笼(9)的一端与钢筋网(8)焊接固定，光纤光栅应变传感器网笼(10)的一端与钢筋网(8)焊接固定。

6.根据权利要求5中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述加速度传感器网笼(9)的尺寸与加速度传感器(14)的尺寸一致，所述光纤光栅应变传感器网笼(10)的端面宽度与光纤光栅应变传感器(15)的端面直径一致，光纤光栅应变传感器网笼(10)的长度小于光纤光栅应变传感器(15)的长度，光纤光栅应变传感器网笼(10)和光纤光栅应变传感器(15)的长度之差为4-5cm。

7.根据权利要求6中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述加速度传感器网笼(9)的另一端与光纤光栅应变传感器(15)的信号接收端均与玻璃纤维外板(7)相切，且钢筋网(8)与玻璃纤维外板(7)之间为中空结构，浮力板(11)填充在钢筋网(8)与玻璃纤维外板(7)之间。

8.根据权利要求7中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述声测管组件包括声测管顶盖(3)、带底声测管(12)和声波探测仪(16)，所述声波探测仪(16)设置在带底声测管(12)内，且声波探测仪(16)的壳体与带底声测管(12)的底板固定连接，声测管顶盖(3)粘接在带底声测管(12)的顶部，带底声测管(12)通过两个合页片(17)与一个橡胶外板(5)相连。

9.根据权利要求8中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置，其特征在于：所述带底声测管(12)的横截面为扇形，且扇形所对圆心角为360/N°，N为监测板组件的个数。

10.提供一种利用权利要求1中所述的一种浮动式桥墩冲击监测预警装置的布置方法，其特征在于：所述布置方法是通过以下步骤实现的：

步骤一：测量所要监测桥墩的四面尺寸，确定每块监测板组件的长度尺寸，保证每块监测板组件的内壁与桥墩贴合设置；

步骤二：根据步骤一中所得出的每块监测板组件的长度尺寸确定橡胶内板(4)、橡胶外板(5)、玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)和钢筋网(8)的长度尺寸，并保证橡胶内板(4)、橡胶外板(5)、玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)和钢筋网(8)的长度和宽度尺寸一致，且玻璃纤维外板(7)内部封装有多个阵列式光纤光栅(13)，橡胶内板(4)流化固接在玻璃纤维内板(6)的一侧，玻璃纤维内板(6)的另一侧固接有钢筋网(8)，钢筋网(8)和玻璃纤维外板(7)之间设有两个加速度传感器网笼(9)和一个光纤光栅应变传感器网笼(10)，每个加速度传感器网笼(9)的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼(10)的一端都与钢筋网(8)焊接固定，每个加速度传感器(14)设置在一个加速度传感器网笼(9)中，每个光纤光栅应变传感器(15)设置在一个光纤光栅应变传感器网笼(10)中，每个加速度传感器网笼(9)的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼(10)的另一端都与玻璃纤维外板(7)的一侧接触，浮力板(11)充满在钢筋网(8)和玻璃纤维外板(7)之间，玻璃纤维外板(7)的另一侧流化固接在橡胶外板(5)上，橡胶内板(4)、橡胶外板(5)、玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)、钢筋网(8)和浮力板(11)的底面均固接在底板(1)的上表面上，橡胶内板(4)、橡胶外板(5)、玻璃纤维内板(6)、玻璃纤维外板(7)、钢筋网(8)和浮力板(11)的顶面均与顶板(2)粘接固定，至此单块监测板组件制作完成，同上述连接方式制作其余监测板组件；

步骤三：根据步骤二中单块监测板组件的厚度以及声波探测仪(16)的尺寸确定声测管组件的尺寸，单块监测板组件的厚度为声测管组件中带底声测管(12)中侧壁的宽度，每个声波探测仪(16)设置在一个带底声测管(12)中，每个带底声测管(12)顶部粘接有声测管顶盖(3)用于密封，至此单个声测管组件制作完成，同上述连接方式制作其余声测管组件；

步骤四：将步骤三中每个声测管组件中带底声测管(12)中每个侧壁与弧面壁的接触处均铰接有两个合页片(17)，两个合页片(17)沿声测管组件的长度方向设置，每个声测管组件与四个合页片(17)组成合页轴；

步骤五：利用步骤四中的合页轴分别将相邻两侧的监测板组件连接，并使每块监测板组件贴合于桥墩壁上，构成包覆桥墩周壁的监测装置。

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