CN114136582A - 一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法，该监测装置包括第一传感器、第二传感器和处理器，其中：第一传感器安装于所述桥梁的吊索上，第一传感器用于采集其所在的吊索的长度数据并传输至处理器；第二传感器安装于所述桥梁的桥面上，第二传感器用于采集其所在的桥面与水平面的夹角数据并传输至处理器；处理器判断桥面是否形成状态翻转，判断桥面形成状态翻转的条件为：所述吊索的长度大于第一阈值，且所述桥面与水平面的夹角大于第二阈值，所述桥面连接长度增长大于第一阈值的吊索的一侧高于桥面的另一侧。本发明弥补了现有技术中无法预测悬索桥、斜拉桥类桥梁波浪振动的缺陷，提高了桥梁运行的安全性和稳定性。

Description

一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，具体涉及一种桥梁波浪振动监测装置、基于该监测装置的桥梁稳定系统、以及桥梁波浪振动的监测、稳定方法。

背景技术

悬索桥、斜拉桥这类桥梁具有跨径大、跨越能力强的优点，是用作跨江、跨海、跨峡谷的常用桥型，此类桥型属于柔性结构，在横向风力作用下会进行一定幅度的钟摆运动，风力越大钟摆的幅度越大。

通常地，桥梁经过精确的设计，整个桥梁的机械结构完整且坚固，即使在强风下，风力无法破坏桥梁的整体结构并在桥梁内部形成能量积累，因此桥梁的抗风能力强。只有当风力产生的能量大于桥梁的振动能量时，桥梁才会具有产生明显的振动的能量条件，造成安全隐患。所以，通常桥梁的抗风能力都会设计得足够强大，确保桥梁的安全。

但是，发明人通过对大型悬索桥的波浪振动观察发现，在部分情况下，风力能量不足大桥振动能量的10％时，大桥也出现了波浪振动。以虎门大桥为例，根据虎门大桥的结构数据以及观察到的虎门大桥0.45赫兹的振动频率计算出虎门大桥需要产生冯卡曼涡旋街效应所需具备的风速必须超过16m/s，但振动出现的实时风速仅为8m/s，根据计算，该实时风速的动能只能为涡旋效应提供25％的能量，因此证明涡旋振动不可能发生，也相应地证明了没有出现涡旋激发的后续共振。

发明人通过大量观察计算发现，这一类风力能量明显低于大桥振动能量却出现振动的现象可能是由于大桥出现机械故障触发重力做功，并造成了桥梁局部形变而形成风能输入口，风力持续以单侧共振方法输入能量，并在其侧主缆里形成弹力储能，最终在风力减缓后弹力储能爆发产生横向振动，也即颤振，横向振动继续纵向传播，最终形成了整个悬索桥的波浪振动。

因此，有必要基于颤振的发生机理针对性地设计一种用于监控大桥颤振的监测系统以监测大桥是否出现了发生颤振所需要的必要条件，并进一步采取抑制颤振的响应措施抑制或降低颤振对桥梁产生的危害，进而提高桥梁的运营安全水准。

发明内容

通常地，当风力产生的能量低于悬索桥的振动能量时，悬索桥在横向风力作用下会产生一定幅度的钟摆运动，钟摆运动的幅度随风力的增大而增大。悬索桥的抗风能力足够时，尽管风力能够使得桥梁产生钟摆运动，但是，钟摆运动并不能造成桥梁的任何局部产生形变，桥梁的整体无形变，风力无法在悬索桥内形成能量积累。

但是，发明人通过长期对悬索桥的振动观察及研究发现，在部分情况下，风力能量未达到悬索桥的频率共振所需要的能量，也未达到涡旋激发共振所需的能量时，悬索桥仍然会出现波浪振动。经过分析，发明人认为出现这种情况的原因在于：吊索机械故障造成局部桥面脱离了钟摆运动形成了状态翻转；在状态翻转状态下，桥梁出现了局部形变；局部形变就形成了风力能量输入口；横向风力在能量输入口产生局部单侧共振，其共振使得能量在悬索桥的单侧主缆中持续积累最终形成颤振。

具体地，如图1所示，桥面103在B侧吹来的横向风的影响下进行规律的钟摆运动，当桥面钟摆运动至B侧摆动至高于A侧的位置时，如图2所示，高度更低的A侧的吊索出现机械故障，例如，吊索内部的部分钢丝出现断裂，造成整个吊索的长度增加数毫米或数十毫米(长度h)。A侧的长度增长导致B侧跟随A侧做如图2所示的平滑运动，破坏了B侧正常的钟摆运动，使得B侧的吊索及附近的吊索获得了脱离钟摆运动的机会，直接向下进行自由落体运动，如图3所示，自由落体的冲力使得本来应当沿钟摆运动轨迹104移动的B侧最终沿实际轨迹105移动，B侧从高处下降至低于A侧的位置，形成了如图4所示的局部状态翻转。

这种桥面A侧产生机械故障，却在B侧形成单侧倾斜的状态翻转使得B侧形成了局部风力输入口。持续从B侧吹来的横向风能够在经过状态翻转的桥面时，向下产生压力，使得倾斜的桥面与水平面的夹角持续增大，直至桥面达到如图4中虚线所示的P点。在桥面B侧下压的过程中，即B侧的单侧共振过程中，桥面带动B侧的吊索把上方的主缆向下拉扯，于是在B侧形成一个接一个的步进幅度的线性动能被转化成为了主缆上的弹性势能并储存到B侧主缆里，在平衡点P处，弹性力与风力的下压力达到了平衡，弹性势能达到峰值。当横向风力减弱或者停止后，主缆的弹性势能爆发，通过吊索拉拽桥面向上猛烈反弹，最后，猛烈反弹的桥梁在横向形成左右对称的颤振，颤振形成一个惠更斯振动源，振动源沿着悬索桥向两端，按照惠更斯规律传播并导致整座悬索桥出现振动。

本发明的一个目的在于基于上述研究发现，提供一种桥梁波浪振动监测装置，以尽可能快地发现并确认形成状态翻转的局部桥面，解决现有技术中的桥梁缺乏能够有效监测到风力是否在桥梁内部形成能量积累的监测方式，所造成的在部分风力较弱时无法避免桥梁出现颤振的问题。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种桥梁波浪振动监测装置，包括第一传感器、第二传感器和处理器，其中：

所述第一传感器安装于所述桥梁的吊索上，所述第一传感器用于采集其所在的吊索的长度数据，并将所述长度数据传输至处理器；所述第二传感器安装于所述桥梁的桥面上，所述第二传感器用于采集其所在的桥面与水平面的夹角数据，并将所述夹角数据传输至处理器；所述处理器根据所述长度数据和夹角数据判断桥面是否形成状态翻转，其中，判断所述桥面形成状态翻转的条件为：所述吊索的长度大于第一阈值；且所述桥面与水平面的夹角大于第二阈值，且所述桥面连接长度增长大于第一阈值的吊索的一侧高于桥面的另一侧。

本技术方案中，第一传感器安装于桥梁的吊索上并用于采集吊索的长度数据，实时监测吊索的长度是否超过预设的第一阈值。在部分实施例中，所述第一传感器以一定的时间间隔，例如10秒，向处理器传输实时采集数据。在一个或多个实施例中，所述第一传感器预设有第一阈值，当第一传感器采集到的长度值大于第一阈值时，向处理器传输异常长度值。在一个实施例中，第一传感器预设有第一阈值，当第一传感器采集到的长度值大于第一阈值且保持一定时间T1后，向处理器传输第一报警信号。所述第一传感器可以采用现有技术中的任一种长度传感器，所述第一传感器可以设置于部分吊索上，也可以设置于所有吊索上，每根吊索上可以仅设置一个长度传感器，也可以设置多个第一传感器，所述第一传感器优选设置于吊索的根部。

本技术方案中，第二传感器安装于桥梁的桥面上用于采集桥面与水平参考面的夹角数据，实时监测桥面的倾斜方向、倾斜角度。所述第二传感器可以采用现有技术中的任一种水平传感器，例如水平仪、倾角计、陀螺仪等。第二传感器可以沿桥面延伸方向等间距或不等间距布置，两个相邻的第二传感器之间的距离根据吊索的间隔距离而定，通常为数米或者数十米。在部分实施例中，所述第二传感器以一定的时间间隔向处理器传输实时采集数据。在一个或多个实施例中，所述第二传感器预设有第二阈值，当第二传感器采集到的角度值大于第二阈值时，向处理器传输异常角度值，在一个实施例中，所述第二传感器预设有第二阈值，当第二传感器采集到的角度值在时间段T2内持续增大且持续大于第二阈值时，向处理器发送第二报警信号。在部分实施例中，第二传感器监测的角度数据包含正负值以表明桥面的倾斜方向，当第二传感器监测到的角度值大于预设的第三阈值的绝对值且角度值持续增大时，向第二传感器发送报警信号。

本技术方案中，处理器与第一传感器、第二传感器电连接，用于接收来自第一传感器、第二传感器的采集数据或者报警信号。在一个或多个实施例中，所述处理器可以是节点设备的处理器，节点设备接收来自至少一个第一传感器、至少一个第二传感器的采集数据后进行处理，判断桥面是否形成状态翻转。在一个实施例中，一个节点设备对应于至少两个第一传感器和一个第二传感器。在部分实施例中，所述处理器接收的来自传感器发送的采集数据可以是实时采集数据，也可以是仅当采集值大于传感器预设阈值时发送的采集数据，还可以是报警信号。

当任何一根吊索产生机械故障时，其上的第一传感器能够监测到吊索的长度变化。然而，并不是任意一根吊索长度的增长均会导致颤振，这取决于桥梁的桥面是否产生了一个状态的翻转。需要明确的是，桥面的状态翻转只有在特定的钟摆位置才能发生。在很多情况下，第一传感器探测到了吊索出现的异常，但由于吊索出现机械故障的时刻，桥面在钟摆运动中正处于相对稳定的位置，图2中的侧滑就不会发生；缺少了侧滑使得此类机械故障无法破坏钟摆运动引发颤振。因而需要进一步结合第二传感器采集桥面与水平面的夹角来判断桥面是否形成了状态翻转。

因此，处理器通过第一传感器、第二传感器反馈的采集数据，即可依据状态翻转所必需的两个条件来判断桥面是否已翻转。第一个条件中，吊索的长度大于第一阈值，表明吊索的长度已经产生了不可逆的拉长，这满足形成颤振的第一个条件。第二个条件是桥面与水平面的夹角需要大于第二阈值且桥面连接长度增长大于第一阈值的吊索的一侧高于其对侧，在第二个条件形成过程中，桥面与水平传感器在一定时间段内需要完成至少两个动作：一是夹角增加在面向吊索长度增加的一侧出现桥面向下旋转的正值并超过阈值，二是夹角突然进入桥面向上旋转的负值且绝对值超过阈值，从而达到第二个条件。至此，桥面局部出现单侧倾斜，即吊索被机械故障拉长的低一侧反而成为了高侧，而其对侧却因为脱离钟摆运动并进行了自由落体而成为了低侧。

桥面出现状态翻转即表明桥面此时已产生单侧倾斜并形成了初期风口，在横向风的作用下，该倾斜角度不断增大，在未发生机械故障的桥梁一侧形成了步进式的共振，其共振输入的能量则经过吊索的牵引，把主缆下拉形成弹力势能的储蓄。最终风力与弹性势能达到一个平衡点，风力不再能继续向倾斜桥面输入能量，而主缆的弹力势能也达到了最大，一旦风力减弱则主缆里储蓄的弹力势能释放拉动桥面形成剧烈的横向振动，即颤振。

因此，通过上述设置，能够根据第一传感器、第二传感器采集到的长度数据、角度数据实时监测桥面的钟摆运动是否被破坏并形成状态翻转，弥补了现有技术中无法监测此类由于吊索机械故障而导致颤振的缺陷，提高了桥梁运行的安全性和稳定性，具有广泛的推广价值。

作为本发明的一个优选实施方式，所述第一传感器用于在采集到的长度数据大于第一阈值时向处理器发送第一报警信号；所述第二传感器用于在采集到的夹角数据方向向下且大于第二阈值时向处理器发送第二报警信号；所述处理器用于在接收到第一报警信号和第二报警信号后，判断所述桥面的夹角数据方向向下且大于第二阈值的一侧与吊索长度增长的一侧是否不为同一侧，若是，则所述桥面形成状态翻转。

本技术方案中，第一传感器实时采集长度数据，并将采集到的长度数据与预设的第一阈值进行对比，当长度数据大于第一阈值，或者大于第一阈值且保持时间T1后，表明吊索已出现机械故障，产生了不可逆的拉长，第一传感器随即向处理器发送第一报警信号。类似地，第二传感器实时采集夹角数据，当夹角数据方向向下，且时间段T2内的夹角数据持续增大或者大于第二阈值时，表明桥面可能正在受到持续下压的风压，第二传感器随即向处理器发送第二报警信号。处理器接收第一、第二报警信号后，记录第一报警信号、第二报警信号中对应的长度值和角度值，通过分析角度值的正负以判断当前桥面的倾斜方向，当产生第一报警信号的吊索的高度高于其对侧的吊索的高度时，处理器判断桥面形成状态翻转。在本技术方案中，第一、第二报警信号的获取不分先后，在部分实施例中，处理器可以在获取第一报警信号后，向第二传感器请求判断是否产生第二报警信号。

本技术方案利用传感器预设的阈值或时序对采集数据进行初步判断，在达到报警要求时向处理器发送报警信号，能够有效地减少传输的数据量，提高处理器的处理效率和数据的传输效率，监测装置能够快速对翻转状态形成判断。

进一步地，所述处理器包括报警单元，所述报警单元用于在桥面形成状态翻转时发送振动报警信号。本技术方案中，处理器的报警单元既可以向本地的报警装置发送信号，利用报警装置进行声光报警，处理器也可以直接或组网后向远程的控制平台发送报警信号，以便于控制平台统计颤振数据，并根据颤振强度综合调度，或者向手持终端发送报警信号，以便于驻场工作人员快速响应。

本发明的目的在于基于前述任一种监测装置提供一种桥梁稳定系统，稳定系统根据颤振监测装置的实时监测结果，在判断桥面形成状态翻转时通过卷扬机组连接水面的浮动稳定机构以调整桥面与水平参考面的夹角，解除翻转状态，确保桥梁的安全、稳定运行。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种桥梁稳定系统，包括波浪振动监测装置，所述稳定系统还包括设置于桥梁上的卷扬机组，所述卷扬机组下方设置有浮动稳定机构，所述卷扬机组包括至少一台卷扬机，所述卷扬机用于在所述处理器判断桥面形成状态翻转时放出第一绳索连接至所述浮动稳定机构，并拉动所述桥面直至状态翻转的桥面复位至水平状态。

本技术方案中，稳定系统包括波浪振动监测装置、卷扬机组和浮动稳定机构。卷扬机组可以与波浪振动监测装置的处理器电连接，在处理器计算出桥面每侧卷扬机需要拉扯的距离后，控制卷扬机的第一绳索连接浮动稳定机构，并收缩第一绳索以拉动桥面。在一个或多个实施例中，处理器根据第二传感器所测量到的角度值计算出发生了自由落体运动的一侧的主缆被桥面下拉的距离，进而得到对侧的主缆应当下拉多少距离方能使两条主缆恢复至高度相同。在部分实施例中，卷扬机组也可以与远程控制平台或手持终端电连接，在控制平台或手持终端接收到处理器传输的报警信号后，控制卷扬机组连接浮动稳定机构。本技术方案中，浮动稳定机构为设置于桥梁下方水域中的固定装置，当第一绳索与浮动稳定机构连接后，通过第一绳索的收缩，能够减小桥面与浮动稳定机构之间的距离。

进一步地，所述卷扬机组包括第一卷扬机和第二卷扬机，其中，所述第一卷扬机的第一绳索为钢索，第二卷扬机的第一绳索为弹簧阻尼索。卷扬机组中包括至少一台第一卷扬机和至少一台第二卷扬机。第一卷扬机的第一绳索为钢索而第二卷扬机的第一绳索为弹簧阻尼索，弹簧阻尼索在拉拽过程中能够进一步减小桥梁的颤振。具体地，当桥面状态翻转时，桥面高度更高的一侧，也即吊索由于机械故障而拉长的一侧采用第一卷扬机连接浮动稳定机构，利用钢索的刚度拉扯桥面，使得桥面与水平面的夹角减小。桥面另一侧采用第二卷扬机连接浮动机构，第二卷扬机的弹簧阻尼索起到双保险的功能，当第一卷扬机的钢索未将倾斜的桥面拉扯到水平状态时，横向风能仍将继续下压桥面，最终弹性势能爆发导致颤振，而第二卷扬机的弹簧阻尼索连接浮动稳定机构后，在主缆弹性势能总爆发时，会被弹性阻尼索限制，大幅降低主缆的振幅，进而无法形成具有危害性的颤振。

进一步地，所述浮动稳定机构包括能够漂浮于水面上的浮板，所述浮板上设置有第二绳索，浮板通过所述第二绳索连接至位于河床内的锚定件，所述浮板上设置有若干固定件；所述第一绳索下端设置有用于连接所述固定件的连接件。本技术方案中，锚定件固定于桥梁下方的河床中，锚定件通过第二绳索连接浮板，浮板能够漂浮于水面上，从而确保浮板始终位于所对应的一个或多个卷扬机下方。浮板上设置有若干固定件，该固定件与第一绳索下端设置的连接件相匹配。

本发明基于前述任一种监测装置和稳定系统，进一步提供一种桥梁波浪振动监测方法，该方法包括以下步骤：

监测所述桥梁的吊索的长度数据，监测所述桥梁的桥面与水平面的夹角数据；

在所述长度数据、夹角数据同时满足以下两个条件时判断所述桥面形成状态翻转并发送振动报警信号：

(A)吊索的长度数据大于第一阈值；

(B)桥面与水平面的夹角数据方向向下增大且大于第二阈值的一侧与所述吊索长度增长的一侧不在同一侧。

在部分实施例中，振动报警信号指明桥面上第一传感器采集到的长度数据大于第一阈值的吊索位置。

进一步地，根据所述振动报警信号控制形成状态翻转的桥面高度较高的一侧上的第一卷扬机放出第一绳索连接桥梁下方的浮动稳定机构，控制形成状态翻转的桥面高度较低的一侧上的第二卷扬机放出第一绳索连接桥梁下方的浮动稳定机构，所述第一卷扬机、第二卷扬机通过控制第一绳索的长度拉动状态翻转的桥面复位至水平状态；其中，所述第一卷扬机的第一绳索为钢索，第二卷扬机的第一绳索为弹簧阻尼索。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够根据第一传感器、第二传感器采集到的长度数据、角度数据实时监测桥面的钟摆运动是否被破坏并形成状态翻转，弥补了现有技术中无法监测此类由于吊索机械故障而导致颤振的缺陷，提高了桥梁运行的安全性和稳定性，具有广泛的推广价值；

2、本发明的监测装置利用传感器预设的阈值或时序对采集数据进行初步判断，在达到报警要求时向处理器发送报警信号，能够有效地减少传输的数据量，提高处理器的处理效率和数据的传输效率，监测装置能够快速对翻转状态形成判断；

3、本发明的稳定系统根据颤振监测装置的实时监测结果，在判断桥面形成状态翻转时通过卷扬机组连接水面的浮动稳定机构以调整桥面与水平参考面的夹角，解除翻转状态，确保桥梁的安全、稳定运行；

4、本发明的卷扬机组采用第一卷扬机、第二卷扬机相配合的布置方式，第二卷扬机的弹簧阻尼索起到双保险的功能，当第一卷扬机的钢索未将倾斜的桥面拉扯到水平状态时，横向风能仍将继续下压桥面，最终弹性势能爆发导致颤振，而第二卷扬机的弹簧阻尼索连接浮动稳定机构后，在主缆弹性势能总爆发时，会被弹性阻尼索限制，大幅降低主缆的振幅，进而无法形成具有危害性的颤振。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为在B侧横向风影响下，桥梁处于钟摆运动的示意图；

图2为在B侧横向风影响下，桥梁B侧高于A侧时，A侧吊索长度增加h，且B侧向A侧平滑的示意图；

图3为在B侧横向风影响下，B侧平滑后的实际移动轨迹；

图4为在B侧横向风影响下，桥梁A侧吊索长度增加h后，B侧向A侧平滑脱离钟摆运动轨迹并下落直至B侧低于A侧的示意图，此时该桥梁局部桥面形成状态翻转，虚线为该桥梁局部桥面在横向风作用下进一步下移至平衡点P的示意图；

图5为本发明具体实施例中安装有监测装置和稳定系统的桥梁结构示意图；

图6为本发明具体实施例中安装有监测装置和稳定系统的桥梁的侧面示意图；

图7为本发明具体实施例中监测到翻转状态后，桥梁通过稳定系统保持稳定的结构示意图；

图8为本发明具体实施例中桥梁的俯视示意图；

图9为本发明具体实施例中桥梁监测装置的结构框图；

图10为本发明具体实施例中一种浮动稳定机构在展开状态下的结构示意图；

图11为本发明具体实施例中一种浮动稳定机构在收拢状态下的结构示意图；

图12为本发明具体实施例中监测方法的流程框图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-索塔，2-主缆，3-吊索，4-桥面，5-第一传感器，6-第二传感器，7-第一卷扬机，8-第二卷扬机，9-第一绳索，10-浮板，11-固定件，12-锚定件，13-配重球，14-水面，15-第二绳索，21-主浮板，22-移动浮板，23-挡板，24-液压缸，25-夹持件，26-弹性体；

附图标记101、102、103为现有技术中的悬索桥的部件，其中，101-现有主缆，102-现有吊索，103-现有桥面，104-钟摆运动轨迹，105-实际轨迹。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。

实施例1：

如图4至图8所示的一种桥梁波浪振动监测装置，包括N个第一传感器5、M个第二传感器6和处理器，N和M为正整数，其中：

所述第一传感器5安装于所述桥梁的吊索3上，所述第一传感器5用于采集其所在的吊索3的长度数据，并将所述长度数据传输至处理器；

所述第二传感器6安装于所述桥梁的桥面4上，所述第二传感器6用于采集其所在的桥面4与水平面的夹角数据，并将所述夹角数据传输至处理器；

所述处理器根据所述长度数据和夹角数据判断桥面是否形成状态翻转，其中，判断所述桥面形成状态翻转的条件为：

所述吊索3的长度大于第一阈值并保持时间T1；且

所述桥面4与水平面的夹角大于第二阈值，且所述桥面4连接长度增长大于第一阈值的吊索3的一侧高于桥面4的另一侧。

在一个或多个实施例中，所述第一传感器以一定的时间间隔向处理器传输实时采集数据；在一个或多个实施例中，所述第一传感器预设有第一阈值，当第一传感器采集到的长度值大于第一阈值时，向处理器传输异常长度值；在一个或多个实施例中，第一传感器预设有第一阈值，当第一传感器采集到的长度值大于第一阈值且保持一定时间T1后，向处理器传输第一报警信号。

在一个或多个实施例中，所述第二传感器以一定的时间间隔向处理器传输实时采集数据；在以个或多个实施例中，所述第二传感器预设有第二阈值，当第二传感器采集到的角度值大于第二阈值时，向处理器传输异常角度值；在一个或多个实施例中，所述第二传感器预设有第二阈值，当第二传感器采集到的角度值在时间段T2内持续增大且持续大于第二阈值时，向处理器发送第二报警信号；在部分实施例中，第二传感器监测的角度数据包含正负值以表明桥面的倾斜方向，当第二传感器监测到的角度值大于预设的第三阈值的绝对值且角度值持续增大时，向第二传感器发送报警信号。

在部分实施例中，所述第一传感器5为长度传感器，所述第一传感器5安装于所述桥梁的每根吊索3上，第一传感器5安装于吊索的根部；所述第二传感器6为水平传感器，所述第二传感器6沿桥面4延伸的方向布置。

在部分实施例中，所述处理器可以是节点设备的处理器，节点设备接收来自至少一个第一传感器、至少一个第二传感器的采集数据后进行处理，判断桥面是否形成状态翻转。在一个实施例中，一个节点设备对应于至少两个第一传感器和一个第二传感器。在部分实施例中，所述处理器接收的来自传感器发送的采集数据可以是实时采集数据，也可以是仅当采集值大于传感器预设阈值时发送的采集数据。

本实施例根据第一传感器、第二传感器采集到的长度数据、角度数据实时监测桥面的钟摆运动是否被破坏并形成状态翻转，弥补了现有技术中无法监测此类由于吊索机械故障而导致颤振的缺陷，提高了桥梁运行的安全性和稳定性。

在部分实施例中，所述第一传感器5用于在采集到的长度数据大于第一阈值时向处理器发送第一报警信号；所述第二传感器6用于在采集到的夹角数据方向向下且大于第二阈值时向处理器发送第二报警信号；所述处理器用于在接收到第一报警信号和第二报警信号后，判断所述桥面4的夹角数据方向向下且大于第二阈值的一侧与吊索3长度增长的一侧是否为不同一侧，若是，则所述桥面形成状态翻转。本实施例利用传感器预设的阈值或时序对采集数据进行初步判断，在达到报警要求时向处理器发送报警信号，能够有效地减少传输的数据量，提高处理器的处理效率和数据的传输效率，监测装置能够快速对翻转状态形成判断。

在部分实施例中，所述处理器包括报警单元，所述报警单元用于在桥面形成状态翻转时发送振动报警信号。在一个或多个实施例中，处理器的报警单元既可以向本地的报警装置发送信号，利用报警装置进行声光报警，处理器也可以向远程的控制平台发送报警信号，以便于控制平台统计颤振数据，并根据颤振强度综合调度，或者向手持终端发送报警信号，以便于驻场工作人员快速响应。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图4至图8所示的一种桥梁稳定系统，该稳定系统包括前述任一实施例所述的颤振监测装置，所述稳定系统还包括设置于桥梁上的卷扬机组，所述卷扬机组下方设置有浮动稳定机构，所述卷扬机组包括至少一台卷扬机，所述卷扬机用于在所述处理器判断桥面形成状态翻转时放出第一绳索9连接至所述浮动稳定机构，并拉动所述桥面4直至状态翻转的桥面4复位至水平状态。

浮动稳定机构为设置于桥梁下方水域中的固定装置，当第一绳索与浮动稳定机构连接后，通过第一绳索的收缩，能够减小桥面与浮动稳定机构之间的距离。在部分实施例中，可以一个卷扬机可以对应于一个浮动稳定机构，可以一个卷扬机对应多个浮动稳定机构，也可以多个卷扬机对应于一个浮动稳定机构。

使用时，如图3和图6所示，当B侧形成初期风口后，A侧的卷扬机放出第一绳索连接浮动稳定机构，第一绳索收缩后向下拉扯桥面A侧，直至A侧的高度与B侧的高度相同时，桥面形成的状态翻转即消除，B侧的横向风不能再做到把桥面吹得更倾斜。

本实施例的稳定系统根据颤振监测装置的实时监测结果，在判断桥面形成状态翻转时通过卷扬机组连接水面的浮动稳定机构以调整桥面与水平参考面的夹角，解除翻转状态，确保桥梁的安全、稳定运行。

在部分实施例中，如图所示，所述卷扬机组包括第一卷扬机7和第二卷扬机8，其中，所述第一卷扬机7的第一绳索9为钢索，第二卷扬机8的第一绳索9为弹簧阻尼索。在部分情况下，A侧硬拉钢索的效果难以保证，导致B侧发生颤振的可能性不能完全排除，所以，在B侧使用弹力阻尼索，把大幅度的波浪振动压制为小幅度振动。

优选地，如图7所示，每一组卷扬机包括两对卷扬机，每对卷扬机又包含一台第一卷扬机和一台第二卷扬机，相邻两对卷扬机的第一卷扬机位于桥面的不同侧，以使得桥面在形成状态翻转时，总是能够将高度更高的一侧的第一卷扬机连接至浮动稳定机构，而将高度更低的一侧的第二卷扬机连接至浮动稳定机构。

实施例3：

在实施例2的基础上，如图4至图6所示，所述浮动稳定机构包括能够漂浮于水面上的浮板10，所述浮板10上设置有第二绳索15，浮板10通过所述第二绳索15连接至位于河床内的锚定件12，所述浮板10上设置有若干固定件11；所述第一绳索9下端设置有用于连接所述固定件11的连接件。

本实施例中，锚定件固定于桥梁下方的河床中，锚定件通过第二绳索连接浮板，浮板能够漂浮于水面上，从而确保浮板始终位于所对应的一个或多个卷扬机下方。浮板上设置有若干固定件，该固定件与第一绳索下端设置的连接件相匹配。

在部分实施例中，浮板上设置的固定件为挂钩，第一绳索下端设置的连接件为圆环，通过挂钩与圆环的配合形成第一绳索与浮板的连接；在一个或多个实施例中，也可以将固定件设置为圆环，连接件设置为挂钩，又或者两者均为挂钩。

实施例4：

在上述实施例的基础上，如图9和图10所示，浮动稳定机构的浮板包括主浮板21和移动浮板22，所述主浮板21通过第二绳索15连接至锚定件12，主浮板21上设置有液压缸24，液压缸24的输出端连接至移动浮板22，利用液压缸能够增长或缩短主浮板21与移动浮板22之间的距离，主浮板21上还设置有挡板23，移动浮板22上设置有夹持件25，当液压缸的活塞杆移动至行程上限时，夹持件25与挡板23之间形成接入口，第一绳索下端的连接件从进入接入口；当液压缸的活塞杆移动至行程下限时，夹持件25与挡板23抵接，接入口关闭，第一绳索与浮动稳定机构连接。优选地，所述连接件为配重球13，所述配重球13能够利用自重引导第一绳索下端进入接入口，提高了接入的准确性和接入效率。

实施例5：

如图11所示的一种桥梁波浪振动监测方法，采用前述任一实施例所述的颤振监测装置，所述方法包括以下步骤：

监测所述桥梁的吊索3的长度数据，监测所述桥梁的桥面4与水平面的夹角数据；

在所述长度数据、夹角数据同时满足以下两个条件时判断所述桥面形成状态翻转并发送振动报警信号：

(A)吊索3的长度数据大于第一阈值并保持时间T1；

(B)桥面4与水平面的夹角数据方向向下增大且大于第二阈值的一侧与所述吊索3长度增长的一侧不在同一侧。

在部分实施例中，根据所述振动报警信号控制形成状态翻转的桥面4高度较高的一侧上的第一卷扬机7放出第一绳索9连接桥梁下方的浮动稳定机构，控制形成状态翻转的桥面4高度较低的一侧上的第二卷扬机8放出第一绳索9连接桥梁下方的浮动稳定机构，所述第一卷扬机7、第二卷扬机8通过控制第一绳索9的长度拉动状态翻转的桥面4复位至水平状态；其中，所述第一卷扬机7的第一绳索9为钢索，第二卷扬机8的第一绳索9为弹簧阻尼索。

本文中所使用的“第一”、“第二”等(例如第一绳索、第二绳索，第一传感器、第二传感器等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，包括第一传感器(5)、第二传感器(6)和处理器，其中：

所述第一传感器(5)安装于所述桥梁的吊索(3)上，所述第一传感器(5)用于采集其所在的吊索(3)的长度数据，并将所述长度数据传输至处理器；

所述第二传感器(6)安装于所述桥梁的桥面(4)上，所述第二传感器(6)用于采集其所在的桥面(4)与水平面的夹角数据，并将所述夹角数据传输至处理器；

所述处理器根据所述长度数据和夹角数据判断桥面是否形成状态翻转，其中，判断所述桥面形成状态翻转的条件为：

所述吊索(3)的长度大于第一阈值；且

所述桥面(4)与水平面的夹角大于第二阈值，且所述桥面(4)连接长度增长大于第一阈值的吊索(3)的一侧高于桥面(4)的另一侧。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述第一传感器(5)用于在采集到的长度数据大于第一阈值时向处理器发送第一报警信号；所述第二传感器(6)用于在采集到的夹角数据方向向下且大于第二阈值时向处理器发送第二报警信号；所述处理器用于在接收到第一报警信号和第二报警信号后，判断所述桥面(4)的夹角数据方向向下且大于第二阈值的一侧与吊索(3)长度增长的一侧是否不为同一侧，若是，则所述桥面形成状态翻转。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述第一传感器(5)为长度传感器，所述第一传感器(5)安装于所述桥梁的每根吊索(3)上。

4.根据权利要求2所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述第二传感器(6)为水平传感器，所述第二传感器(6)沿桥面(4)延伸的方向布置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述处理器包括报警单元，所述报警单元用于在桥面形成状态翻转时发送振动报警信号。

6.一种桥梁稳定系统，其特征在于，包括权利要求1～5中任一项所述的振动监测装置，所述稳定系统还包括设置于桥梁上的卷扬机组，所述卷扬机组下方设置有浮动稳定机构，所述卷扬机组包括至少一台卷扬机，所述卷扬机用于在所述处理器判断桥面形成状态翻转时放出第一绳索(9)连接至所述浮动稳定机构，并拉动所述桥面(4)直至状态翻转的桥面(4)复位至水平状态。

7.根据权利要求6所述的一种桥梁稳定系统，其特征在于，所述卷扬机组包括第一卷扬机(7)和第二卷扬机(8)，其中，所述第一卷扬机(7)的第一绳索(9)为钢索，第二卷扬机(8)的第一绳索(9)为弹簧阻尼索。

8.根据权利要求6所述的一种桥梁稳定系统，其特征在于，所述浮动稳定机构包括能够漂浮于水面上的浮板(10)，所述浮板(10)上设置有第二绳索(15)，浮板(10)通过所述第二绳索(15)连接至位于河床内的锚定件(12)，所述浮板(10)上设置有若干固定件(11)；所述第一绳索(9)下端设置有用于连接所述固定件(11)的连接件。

9.一种桥梁波浪振动监测方法，其特征在于，采用权利要求1～8中任一项所述的波浪振动监测装置，所述方法包括以下步骤：

监测所述桥梁的吊索(3)的长度数据，监测所述桥梁的桥面(4)与水平面的夹角数据；

在所述长度数据、夹角数据同时满足以下两个条件时判断所述桥面形成状态翻转并发送振动报警信号：

(A)吊索(3)的长度数据大于第一阈值；

(B)桥面(4)与水平面的夹角数据方向向下增大且大于第二阈值的一侧与所述吊索(3)长度增长的一侧不在同一侧。

10.根据权利要求9所述的一种桥梁波浪振动监测方法，其特征在于，根据所述振动报警信号控制形成状态翻转的桥面(4)高度较高的一侧上的第一卷扬机(7)放出第一绳索(9)连接桥梁下方的浮动稳定机构，控制形成状态翻转的桥面(4)高度较低的一侧上的第二卷扬机(8)放出第一绳索(9)连接桥梁下方的浮动稳定机构，所述第一卷扬机(7)、第二卷扬机(8)通过控制第一绳索(9)的长度拉动状态翻转的桥面(4)复位至水平状态；其中，所述第一卷扬机(7)的第一绳索(9)为钢索，第二卷扬机(8)的第一绳索(9)为弹簧阻尼索。

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