CN114324611B - 一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统及方法，包括：钢桥面板，安装在所述钢桥面板顶部的钢桥面铺装系，安装在所述钢桥面铺装系顶部的车辆荷载轮迹带位置；声发射采集处理平台，所述声发射采集处理平台安装在所述钢桥面板的底部，所述声发射采集处理平台的一端安装有声发射传感器，所述声发射传感器位于所述钢桥面的底部。本发明能结合应变、挠度和温度传感器等传统方法的数据，对铺装层状态数据进行深挖掘再分析，数据充分利用，能准确有效的评估及预警钢桥面铺装系状态，能够有效解决现有实桥钢桥面铺装系监测单一的敷设传感器监测、成本高、易破坏、数据利用率低，数据无法实时分析预警等问题。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁健康监测技术领域，具体而言，涉及一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统及方法。
背景技术
随着我国桥梁建设领域的不断发展，钢结构桥梁由于钢结构断面小、自重轻、强度高、延性好、安全储备大、抗震性能好等优点，使得在新建和改建工程中的桥梁中，使用钢结构桥梁的比例获得明显提升。
钢桥面铺装系的使用状态主要受极端温度和交通状况的影响较大。环境温度恶劣对铺装材料的性能会产生一定影响。夏天桥面温度过高，高温持续时间长，在沥青砼与钢箱梁的吸热、储热效应下，桥面铺装温度较高，对沥青砼铺装结构的损伤较大，桥面铺装系易发生热稳定性病害。部分刚构桥交通流量大，在经过车辆轴载的反复荷载作用下，会使钢桥面铺装系产生各种病害。
对于钢桥面铺装系长期监测，现有的技术手段主要是通过在钢桥面板底部及铺装系中敷设相当数量的应变和温度传感器，通过数据采集系统来获得结构响应和温度变化的大量数据。而这类传感器的部署和维护成本很高，易破坏，且采集数据无法有效的及时利用，还会引起数据库检索很慢等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统，包括：钢桥面板，安装在所述钢桥面板顶部的钢桥面铺装系，安装在所述钢桥面铺装系顶部的车辆荷载轮迹带位置；声发射采集处理平台，所述声发射采集处理平台安装在所述钢桥面板的底部，所述声发射采集处理平台的一端安装有声发射传感器，所述声发射传感器位于所述钢桥面的底部，所述声发射传感器的另一端安装有健康监测预警平台，其中所述声发射采集处理平台将声发处理后的数据传输给所述健康监测预警平台，所述健康监测预警平台通过设置的预警值进行实时预警。
进一步的，所述钢桥面板的底部安装有若干个U型加劲肋，所述U型加劲肋在所述钢桥面板的底部呈等间距排列。
进一步的，所述声发射采集处理平台的一端安装有若干个信号线缆，每组所述信号线缆的端部安装有所述声发射传感器，所述声发射传感器位于两组所述U型加劲之间，所述声发射采集处理平台的另一端安装有数据线缆，其中
声发射采集处理平台，经过数据线缆将声发处理后的数据传输给健康监测预警平台。
进一步的，所述钢桥面板轮迹带及两轮迹带中间位置顶板底部采用分布式等腰布置N个所述声发射传感器，组成传感器阵列，所述声发射传感器采集带宽为10KHz~400KHz，所述声发射传感器表面涂抹耦合剂，所述耦合剂为工业凡士林。
进一步的，所述声发射采集处理平台采集门槛值设为40dB，峰值定义时间设为200μs，振铃定义时间（1Hit定义时间）设为1000μs，振铃闭锁时间（Hit闭锁时间）设为100μs，最大持续时间设为100μs。
进一步的，所述声发射采集处理平台设定采集参数频率限制至10~200kHz，滤波滤除钢板200~275kHz。
一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：在钢桥面板轮迹带及轮迹带中间位置顶板底部确定声发射传感器的安装位置；步骤二：利用信号线缆将声发射传感器与声发射采集处理平台相连接，利用数据线缆将声发射采集处理平台与健康监测预警平台相连接；步骤三：利用声发射采集处理平台同步采集因实桥车辆荷载作用下钢桥面铺装系产生的声信号参数；步骤四：利用声发射采集处理平台对同步采集的声发射数据进行处理，根据撞击数量与时间关系、总撞击数的上升形态、能量与时间关系、能量的上升形态、幅值与时间关系、幅值的上升形态结合外参数数据对钢桥面铺装系评估；
步骤五：利用声发射健康监测预警平台对声发射采集处理平台的数据进行远程实时查看并及时预警。
进一步的，声信号参数包括累积振铃计数、总撞击数，上升时间参数，能量计数。
本发明的有益效果是，本发明的一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测方法：
本发明能结合应变、挠度和温度传感器等传统方法的数据，对铺装层状态数据进行深挖掘再分析，数据充分利用，能准确有效的评估及预警钢桥面铺装系状态，能够有效解决现有实桥钢桥面铺装系监测单一的敷设传感器监测、成本高、易破坏、数据利用率低，数据无法实时分析预警等问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的基于声发射技术的钢桥面铺装系监测系统及方法的结构布置示意图；
图2是本发明的声发射传感器布置方法图；
图3是本发明的基于声发射技术的钢桥面铺装系监测系统及方法的原理图；
图4是本发明的钢桥面铺装系优选实施例的健康监测撞击数与累积撞击数参数的变化图；
图5是本发明的钢桥面铺装系优选实施例的健康监测能量与累积能量参数的变化图。
图中：
1、钢桥面铺装系；2、钢桥面板；3、U型加劲肋；4、声发射传感器；5、信号线缆；6、声发射采集处理平台；7、车辆荷载轮迹带位置；8、健康监测预警平台；9、数据线缆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-5所示，本发明的一种基于声发射技术的钢桥面铺装系监测系统，包括：钢桥面板2，安装在所述钢桥面板2顶部的钢桥面铺装系1，安装在所述钢桥面铺装系1顶部的车辆荷载轮迹带位置7；声发射采集处理平台6，所述声发射采集处理平台6安装在所述钢桥面板2的底部，所述声发射采集处理平台6的一端安装有声发射传感器4，所述声发射传感器4位于所述钢桥面的底部，所述声发射传感器4的另一端安装有健康监测预警平台8，其中所述声发射采集处理平台6将声发处理后的数据传输给所述健康监测预警平台8，所述健康监测预警平台8通过设置的预警值进行实时预警。
所述钢桥面板2轮迹带及两轮迹带中间位置顶板底部采用分布式等腰布置N个所述声发射传感器4，组成传感器阵列，所述声发射传感器4采集带宽为10KHz~400KHz，所述声发射传感器4表面涂抹耦合剂，所述耦合剂为工业凡士林。
在钢桥面板2轮迹带及轮迹带中间位置顶板底部确定声发射传感器44的安装位置，采用分布式等腰布置N个声发射传感器4，任意两传感器之间距离d≤800mm，所述声发射传感器44采集带宽为10KHz~400KHz；用砂纸将所述声发射传感器4安装位置打磨光滑至露出金属光泽；将声发射传感器4表面均匀涂抹耦合剂，耦合剂尽可能薄，充分浸湿，所述耦合剂选自机油、润滑油、工业凡士林、甘油、水玻璃、化学浆糊中的一种，优选工业凡士林；利用夹具将涂抹了耦合剂的传感器安装在钢桥面板2底部，夹具选自松紧带、胶带、弹簧夹、磁性固定器、紧固螺丝中的一种，优选磁性固定器，夹具所施加压力约为0.7MPa
所述钢桥面板2的底部安装有若干个U型加劲肋3，所述U型加劲肋3在所述钢桥面板2的底部呈等间距所述声发射采集处理平台6的一端安装有若干个信号线缆5，每组所述信号线缆5的端部安装有所述声发射传感器4，所述声发射传感器4位于两组所述U型加劲之间，所述声发射采集处理平台6的另一端安装有数据线缆9，其中声发射采集处理平台6，经过数据线缆9将声发处理后的数据传输给健康监测预警平台8，对系统进行测试，检验是否正常运行。
所述声发射采集处理平台6采集门槛值设为40dB，峰值定义时间设为200μs，振铃定义时间（1Hit定义时间）设为1000μs，振铃闭锁时间（Hit闭锁时间）设为100μs，最大持续时间设为100μs，所述声发射采集处理平台6设定采集参数频率限制至10~200kHz，滤波滤除钢板200~275kHz，对采集系统进行测试，检验各通道是否正常运行。
对多个通道的声发射数据进行实时绘制撞击数-时间曲线图、累积撞击数-时间曲线图、能量-时间曲线图、累积能量-曲线图、幅值-时间散点图。
利用声发射采集处理平台6对同步采集的数据进行处理，根据撞击数量与时间关系、累积撞击数的上升形态、能量与时间关系、累积能量的上升形态、幅值与时间关系、幅值的上升形态结合外参数数据对钢桥面铺装系1评估及预警，方法包括当钢桥面铺装系1状态很好时，声发射事件持续发生，声发射撞击数、能量、幅值随时间无显著变化，声发射累积撞击数、累积能量为斜坡式上升，斜率基本维持不变；当钢桥面铺装系1状态不好时，声发射事件快速发生，声发射撞击数、能量随时间阶跃式上升，幅值明显增大，声发射累积撞击数、能量斜率变大，即钢桥面铺装系1状态持续恶化。声发射采集处理平台6通过数据线缆9将声发处理后的数据传输给健康监测预警平台8，健康监测预警平台8通过设置的预警值进行实时预警。
本发明的一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：在钢桥面板轮迹带及轮迹带中间位置顶板底部确定声发射传感器的安装位置；
步骤二：利用信号线缆将声发射传感器与声发射采集处理平台相连接，利用数据线缆将声发射采集处理平台与健康监测预警平台相连接；
步骤三：利用声发射采集处理平台同步采集因实桥车辆荷载作用下钢桥面铺装系产生的声信号参数；
步骤四：利用声发射采集处理平台对同步采集的声发射数据进行处理，根据撞击数量与时间关系、总撞击数的上升形态、能量与时间关系、能量的上升形态、幅值与时间关系、幅值的上升形态结合外参数数据对钢桥面铺装系评估；
步骤五：利用声发射健康监测预警平台对声发射采集处理平台的数据进行远程实时查看并及时预警。
进一步的，声信号参数包括累积振铃计数、总撞击数，上升时间参数，能量计数。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统，其特征在于，包括：
钢桥面板（2），安装在所述钢桥面板（2）顶部的钢桥面铺装系（1），安装在所述钢桥面铺装系（1）顶部的车辆荷载轮迹带位置（7）；
声发射采集处理平台（6），所述声发射采集处理平台（6）安装在所述钢桥面板（2）的底部，所述声发射采集处理平台（6）的一端安装有声发射传感器（4），所述声发射传感器（4）位于所述钢桥面的底部，所述声发射传感器（4）的另一端安装有健康监测预警平台（8），其中
所述声发射采集处理平台（6）将声发处理后的数据传输给所述健康监测预警平台（8），所述健康监测预警平台（8）通过设置的预警值进行实时预警；
利用所述声发射采集处理平台（6）同步采集因实桥车辆荷载作用下钢桥面铺装系（1）产生的声信号参数；
所述声信号参数包括累积振铃计数，总撞击数，上升时间参数，能量计数；
所述钢桥面板（2）的底部安装有若干个U型加劲肋（3），所述U型加劲肋（3）在所述钢桥面板（2）的底部呈等间距排列；
所述声发射采集处理平台（6）的一端安装有若干个信号线缆（5），每组所述信号线缆（5）的端部安装有所述声发射传感器（4），所述声发射传感器（4）位于两组所述U型加劲之间，所述声发射采集处理平台（6）的另一端安装有数据线缆（9），其中
声发射采集处理平台（6），经过数据线缆（9）将声发处理后的数据传输给健康监测预警平台（8）；
所述钢桥面板（2）轮迹带及两轮迹带中间位置顶板底部采用分布式等腰布置N个所述声发射传感器（4），组成传感器阵列，所述声发射传感器（4）采集带宽为10KHz~400KHz，所述声发射传感器（4）表面涂抹耦合剂，所述耦合剂为工业凡士林。
2.如权利要求1所述的一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统，其特征在于，
所述声发射采集处理平台（6）采集门槛值设为40dB，峰值定义时间设为200μs，振铃定义时间设为1000μs，振铃闭锁时间设为100μs，最大持续时间设为100μs。
3.如权利要求2所述的一种基于声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统，其特征在于，
所述声发射采集处理平台（6）设定采集参数频率限制至10~200kHz，滤波滤除钢板200~275kHz。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述声发射技术的钢桥面铺装系健康监测系统的监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：在钢桥面板（2）轮迹带及轮迹带中间位置顶板底部确定声发射传感器（4）的安装位置；
步骤二：利用信号线缆（5）将声发射传感器（4）与声发射采集处理平台（6）相连接，利用数据线缆（9）将声发射采集处理平台（6）与健康监测预警平台（8）相连接；
步骤三：利用所述声发射采集处理平台（6）同步采集因实桥车辆荷载作用下钢桥面铺装系（1）产生的声信号参数；
步骤四：利用声发射采集处理平台（6）对同步采集的声发射数据进行处理，根据撞击数量与时间关系、总撞击数的上升形态、能量与时间关系、能量的上升形态、幅值与时间关系、幅值的上升形态结合外参数数据对钢桥面铺装系（1）评估；
步骤五：利用声发射健康监测预警平台（8）对声发射采集处理平台（6）的数据进行远程实时查看并及时预警。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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