CN111638027A - 一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法 - Google Patents

一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，属于桥梁健康监测技术领域，其步骤为：在雷达设备安装点安装雷达设备，在桥墩墩身待测点安装墩身雷达测量靶标，在桥梁梁体待测点安装梁体雷达测量靶标；桥梁受到载荷作用时，雷达设备实时测量雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离。由远程信号接收处理系统通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移和竖直方向位移。本申请的雷达设备对桥梁梁体和墩身进行实施同步监测，并给予一定的位移传递几何关系，可以在考虑桥墩墩身位移的情况下测量桥梁位移，提高桥梁位移测量的精度。

Description

一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法
技术领域
本申请涉及桥梁健康监测技术领域，特别涉及一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法。
背景技术
挠度是指结构在发生弯曲时，其结构轴线或中面在垂直于轴线或中面方向上的线位移。当结构受弯产生的挠度超过容许值时，结构将产生塑性变形，影响结构安全，因此，挠度是评价受弯构件健康状况的重要参数。桥梁是典型的受弯构件，作为交通系统的重要组成部分，桥梁结构安全关系着经济发展和国民安全。桥梁挠度数据可直观地反映出桥梁在各类荷载作用下的位移情况，对桥梁承载能力、应力损失等起到重要的预测作用，对桥梁结构健康评估具有重要作用。
当前桥梁挠度测试通常采用水准仪或全站仪等仪器进行测量，但《工程测量规范》中对该方法在不同等级水准观测的视线长度及前后视距离有一定的限制规定，超过一定范围将会产生较大的误差从而导致挠度测试结果失效。同时，水准仪或全站仪通常用于静态测量，不适用于桥梁变形的动态测量。另一方面，当桥梁位于艰险山区，桥墩高度达到一定程度时，运营期间桥墩会产生轻微晃动，桥墩本身会产生一定的位移，使得水平仪和全站仪的基准点具有一定偏差，这部分位移对桥梁位移测量的精度会产生一定的影响。
发明内容
本申请实施例提供一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，以解决现有技术中采用水准仪或全站仪等仪器对桥梁挠度监测，由于视线长度及前后视距离超过一定范围后产生较大的测量误差，导致桥梁挠度测量结果失效的不足。
本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，包括以下步骤：
在桥墩墩身上设定雷达设备安装点和桥墩墩身待测点，在桥梁梁体上设定桥梁梁体待测点；
在雷达设备安装点安装雷达设备，在桥墩墩身待测点安装墩身雷达测量靶标，在桥梁梁体待测点安装梁体雷达测量靶标；
在桥梁受到载荷作用时，雷达设备实时测量雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1；
雷达设备将雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1实时传输至远程信号接收处理系统；
远程信号接收处理系统通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移xi、竖直方向位移yi。
在一些实施例中：所述几何关系推导公式为：
Figure BDA0002511374570000021
yi＝(li-li0)×sinθi；
其中：
θi为第i个桥墩雷达设备安装点与对应第i跨桥梁梁体待测点的连线与梁体水平方向所成的夹角；
li0为第i个桥墩雷达设备安装点与对应第i跨桥梁梁体待测点之间的距离初始值；
li，i+1，0为第i个桥墩雷达设备安装点与第i+1个桥墩墩身待测点之间的距离初始值。
在一些实施例中：所述雷达设备安装点位于桥梁梁体的下方且与桥梁梁体保持设定距离，所述雷达设备安装点和桥墩墩身待测点位于同一高程。
在一些实施例中：所述方法还包括：在桥梁附近山体或河岸基础边坡上布设一台雷达设备作为测量基准点R0，并沿纵桥向依次对多个雷达设备、多个桥梁梁体待测点和多个桥墩墩身待测点进行编号，记雷达设备编号为Rn，桥梁梁体待测点编号为Pn，桥墩墩身待测点编号为Bn。
在一些实施例中：所述方法还包括：远程信号接收处理系统根据水平方向位移xi、竖直方向位移yi获取桥梁梁体待测点的位移时程曲线。
在一些实施例中：所述桥梁梁体待测点位于桥梁梁体的跨中或桥梁梁体的1/4处。
在一些实施例中：所述雷达设备为微波测距雷达，所述微波测距雷达通过线缆与远程信号接收处理系统连接。
在一些实施例中：所述远程信号接收处理系统包括无线数据传输模块和计算机装置，所述无线数据传输模块将雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1实时传输至计算机装置，所述计算机装置通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移xi、竖直方向位移yi。
在一些实施例中：所述无线数据传输模块为蓝牙模块或GPRS数据传输模块。
在一些实施例中：所述桥梁梁体上设置有多个桥梁梁体待测点，多个桥梁梁体待测点分别安装梁体雷达测量靶标。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，由于本方法首先在雷达设备安装点安装雷达设备，在桥墩墩身待测点安装墩身雷达测量靶标，在桥梁梁体待测点安装梁体雷达测量靶标；然后桥梁受到载荷作用时，雷达设备实时测量雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离。最后由远程信号接收处理系统通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移和竖直方向位移。
因此，本申请的高墩连续钢构桥的位移监测中，利用雷达设备对桥梁梁体和墩身进行实施同步监测，并给予一定的位移传递几何关系，可以在考虑桥墩墩身位移的情况下更好的测量桥梁位移，提高桥梁位移测量的精度。雷达设备通过发射无线电波进行结构微形变和振动的测量，测量行程在一千米以上，并具有亚毫米级的位移精度，且测量不受雨雪等天气影响，可实现多目标实时同步测量，将其应用于桥梁位移监测领域，可较好地提高测量精度，并形成一种可全天时、全天候、高精度远程遥测且易于实现自动化的桥梁梁体跨中挠度监测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的结构示意图。
附图标记：
1-雷达设备，2-墩身雷达测量靶标，3-梁体雷达测量靶标，4-远程信号接收处理系统，5-线缆。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其能解决现有技术中采用水准仪或全站仪等仪器对桥梁挠度监测，由于视线长度及前后视距离超过一定范围后产生较大的测量误差，导致桥梁挠度测量结果失效的问题。
参见图1所示，本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、在多个桥墩墩身上均设定雷达设备安装点和桥墩墩身待测点，在多跨桥梁梁体上均设定桥梁梁体待测点，雷达设备安装点位于桥梁梁体的下方且与桥梁梁体保持设定距离，雷达设备安装点和桥墩墩身待测点位于同一高程，桥梁梁体待测点位于桥梁梁体的跨中或桥梁梁体的1/4点处或1/8点处。
步骤2、在雷达设备安装点安装雷达设备1，在桥墩墩身待测点安装墩身雷达测量靶标2，在桥梁梁体待测点安装梁体雷达测量靶标3，通过在桥梁梁体下方布置多个梁体雷达测量靶标3，可实现多跨桥梁梁体待测点的实时同步测量，可以大幅提高监测效率。
步骤3、在桥梁附近山体或河岸等基础边坡上布设一台雷达设备1作为测量基准点R0，沿纵桥向依次对多个雷达设备1、多个桥梁梁体待测点和多个桥墩墩身待测点进行编号，记雷达设备1编号为Rn，桥梁梁体待测点编号为Pn，桥墩墩身待测点编号为Bn，其中位于边坡上的雷达设备1用于确定墩身雷达测量靶标2位于同一高程，并测量桥墩墩身水平位移。
步骤4、在桥梁受到各类载荷作用下产生弯曲变形时，雷达设备1实时高频测量第i个桥墩雷达设备安装点与第i跨桥梁梁体待测点Pi之间的距离li和第i个桥墩雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点Bi+1之间的距离li，i+1(即第i个桥墩雷达设备Ri与第i+1个桥墩墩身待测点Bi+1之间的距离)。
步骤5、雷达设备1将第i个桥墩雷达设备安装点与第i跨桥梁梁体待测点Pi之间的距离li和第i个桥墩雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点Bi+1之间的距离li，i+1实时传输至远程信号接收处理系统4，远程信号接收处理系统4可安装于桥梁附近的管理点处。
步骤6、远程信号接收处理系统4通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到第i跨桥梁梁体待测点水平方向位移xi(向右为正)、竖直方向位移yi(向上为正)。
步骤7、远程信号接收处理系统4中编制算法，利用步骤6中几何关系推导公式实时高精度的计算出所有桥梁梁体待测点水平方向位移xi、竖直方向位移yi，获取桥梁梁体待测点的位移时程曲线。
在一些可选实施例中：本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，该方法中几何关系推导公式具体为：
Figure BDA0002511374570000061
yi＝(li-li0)×sinθi；
其中：
θi为第i个桥墩雷达设备安装点与对应第i跨桥梁梁体待测点的连线与梁体水平方向所成的夹角；
li0为第i个桥墩雷达设备安装点与对应第i跨桥梁梁体待测点之间的距离初始值；
li，i+1，0为第i个桥墩雷达设备安装点与第i+1个桥墩墩身待测点之间的距离初始值。
在一些可选实施例中：参见图1所示，本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，该方法的雷达设备1为微波测距雷达，微波测距雷达通过线缆5与远程信号接收处理系统4连接。远程信号接收处理系统4包括无线数据传输模块和计算机装置，无线数据传输模块为蓝牙模块或GPRS数据传输模块。
无线数据传输模块将雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1实时传输至计算机装置，计算机装置通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移xi、竖直方向位移yi。
工作原理
本申请实施例提供了一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，由于本方法首先在雷达设备安装点安装雷达设备1，在桥墩墩身待测点安装墩身雷达测量靶标2，墩身雷达测量靶标2用于和雷达设备1精确对位，在桥梁梁体待测点安装梁体雷达测量靶标3，梁体雷达测量靶标3用于和雷达设备1精确对位；然后桥梁受到载荷作用时，雷达设备1实时测量雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离。最后由远程信号接收处理系统4通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移和竖直方向位移。
本申请的高墩连续钢构桥的位移监测中，利用雷达设备1对桥梁梁体和墩身进行实施同步监测，并给予一定的位移传递几何关系，可以在考虑桥墩墩身位移的情况下更好的测量桥梁位移，提高桥梁位移测量的精度。雷达设备1通过发射无线电波进行结构微形变和振动的测量，测量行程在一千米以上，并具有亚毫米级的位移精度，且测量不受雨雪等天气影响，可实现多目标实时同步测量，将其应用于桥梁位移监测领域，可较好地提高测量精度，并形成一种可全天时、全天候、高精度远程遥测且易于实现自动化的桥梁梁体跨中挠度监测。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在桥墩墩身上设定雷达设备安装点和桥墩墩身待测点，在桥梁梁体上设定桥梁梁体待测点；
在雷达设备安装点安装雷达设备(1)，在桥墩墩身待测点安装墩身雷达测量靶标(2)，在桥梁梁体待测点安装梁体雷达测量靶标(3)；
在桥梁受到载荷作用时，雷达设备(1)实时测量雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1；
雷达设备(1)将雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1实时传输至远程信号接收处理系统(4)；
远程信号接收处理系统(4)通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移xi、竖直方向位移yi。
2.如权利要求1所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述几何关系推导公式为：
Figure FDA0002511374560000011
yi＝(li-li0)×sinθi；
其中：
θi为第i个桥墩雷达设备安装点与对应第i跨桥梁梁体待测点的连线与梁体水平方向所成的夹角；
li0为第i个桥墩雷达设备安装点与对应第i跨桥梁梁体待测点之间的距离初始值；
li，i+1，0为第i个桥墩雷达设备安装点与第i+1个桥墩墩身待测点之间的距离初始值。
3.如权利要求1所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述雷达设备安装点位于桥梁梁体的下方且与桥梁梁体保持设定距离，所述雷达设备安装点和桥墩墩身待测点位于同一高程。
4.如权利要求1所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述方法还包括：在桥梁附近山体或河岸基础边坡上布设一台雷达设备(1)作为测量基准点R0，并沿纵桥向依次对多个雷达设备(1)、多个桥梁梁体待测点和多个桥墩墩身待测点进行编号，记雷达设备(1)编号为Rn，桥梁梁体待测点编号为Pn，桥墩墩身待测点编号为Bn。
5.如权利要求1所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述方法还包括：远程信号接收处理系统(4)根据水平方向位移xi、竖直方向位移yi获取桥梁梁体待测点的位移时程曲线。
6.如权利要求1所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述桥梁梁体待测点位于桥梁梁体的跨中或桥梁梁体的1/4处。
7.如权利要求1或4所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述雷达设备(1)为微波测距雷达，所述微波测距雷达通过线缆(5)与远程信号接收处理系统(4)连接。
8.如权利要求1所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述远程信号接收处理系统(4)包括无线数据传输模块和计算机装置，所述无线数据传输模块将雷达设备安装点与桥梁梁体待测点之间的距离li和雷达设备安装点与相邻桥墩墩身待测点之间的距离li，i+1实时传输至计算机装置，所述计算机装置通过几何关系推导公式对桥梁梁体待测点挠度进行计算，得到桥梁梁体待测点水平方向位移xi、竖直方向位移yi。
9.如权利要求8所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述无线数据传输模块为蓝牙模块或GPRS数据传输模块。
10.如权利要求8所述的一种基于多目标位移传递的高墩连续钢构桥位移监测方法，其特征在于：
所述桥梁梁体上设置有多个桥梁梁体待测点，多个桥梁梁体待测点分别安装梁体雷达测量靶标(3)。
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