CN114459373A - 一种一体化架桥机的智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化架桥机的智能监测系统，包括光纤光栅应变传感器，固定于一体化架桥机待监测部位；倾角计，安装于一体化架桥机主梁及支腿上；光纤光栅解调仪，通过传输光纤与光纤光栅应变传感器连接；倾角数据采集箱，通过电缆与倾角计连接；工控机，连接至光纤光栅解调仪及倾角数据采集箱；GPRS DTU模块，将工控机的数据无线传输到远程服务器，进行一体化架桥机结构安全性评价；工控机设有黑匣子模块，用于实现工控机数据保护，具有可抗火、耐压、耐冲击振动、耐水浸泡、抗磁干扰等能力。本发明能较佳地对一体化架桥机金属结构进行长期监测，对一体化架桥机安全运行具有重要的指导意义，具有明显的工程应用价值。

Description

一种一体化架桥机的智能监测系统

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，尤其涉及一种一体化架桥机的智能监测系统。

背景技术

随着我国城市化进程的加速，交通运输压力的增加，桥梁的建设项目日益增多，居民对文明施工的日益重视，降低施工对日常生活影响的需求越来越强。全预制装配式桥梁具有施工工艺清晰明了、建造效率高、施工人员少且年轻化、施工质量稳定易保证、施工周期短、对既有交通影响小、节能环保等优点可以完全满足目前居民对桥梁建造的期望和需求。因此，全预制装配式桥梁将逐渐被应用于高速公路、市政道路新建工程、改扩建及应急抢修工程中，成为桥梁工程领域发展的必然趋势。

架桥机是大量预制装配式桥梁施工不可缺少的机械设备。架桥机是一种高度机动的起重机械；工作在野外恶劣环境，现场管理困难而且维护保养难以规范。根据高速公路中长期发展规划，我国已进入高速公路大规模建设时期，因此，未来的很长一段时间，架桥机的使用日益频繁，并承担更繁重的建设任务。但是，架桥机一旦发生事故，不仅起复、修复架桥机需花费较长时间和大量资金，还会严重影响桥梁架设进度。

架桥机在施工过程中如果局部应力过大就会造成其结构断裂，如果弯曲变形过大就会造成其局部失稳和整体失稳，这些问题都将直接影响架桥机整体的安全性。因此为了保证施工安全，避免造成重大人员伤亡，需要对其安全性进行重视，强化对架桥机的安全监测具有非常重要的社会意义和经济意义。

一体化架桥机实现了提梁、运梁和架梁作业由一套设备完成，即一体化作业的目标，流程简捷、转场方便，无需使用过渡轨等器材进行运梁车与架桥机的对接，省去了运梁车从梁场将待架构件运至现场的流程，提高了施工效率和架梁速度、简化了施工步骤，具有便于现场施工组织、无需大量地基处理、对地质条件具有良好的兼容性、高效经济等诸多优点。一体化架桥机作为新型架桥机，目前工程应用尚少，因此，进行一体化架桥机安全监测工作具有重要的指导意义。

现有的架桥机监测系统根据《起重机械安全监控管理系统》的要求设计，主要针对架桥机进行视频监控、运行参数监测以及架桥机电气系统监测，从而实现对起重量、起升高度、水平度、风速、支腿垂直度等重要运行参数的记录和管理。但现有的架桥机监测系统通常忽略其金属结构本身的结构安全监测，应用范围局限，且针对一体化架桥机的监测系统尚未成熟。

鉴于上述问题，结合实际工程应用，提出了一种一体化架桥机的智能监测系统。

发明内容

本发明提供了一种一体化架桥机的智能监测系统，可以有效解决背景技术中的问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种一体化架桥机的智能监测系统，包括：数据采集系统、现场监控系统及远程监控系统三个子系统，

所述的数据采集系统包括若干光纤光栅应变传感器、若干倾角计、光纤光栅解调仪、倾角数据采集箱，所述的光纤光栅应变传感器，固定于一体化架桥机待监测部位，用于监测架桥机在立柱、架梁及过孔工况下主梁及支腿关键截面的应变；所述的倾角计，安装于一体化架桥机主梁及支腿上，用于监测一体化架桥机在运行过程中结构的变形状况；所述的光纤光栅解调仪，通过传输光纤与光纤光栅应变传感器连接，用于采集光纤光栅波长信息，通过波长的变化来感知应变的大小；所述的倾角数据采集箱安装于一体化架桥机尾部平台处，用于采集倾角计的数据；

所述的现场监控系统包括工控机、GPRS DTU模块，所述的工控机与光纤光栅解调仪及倾角数据采集箱连接，用于对一体化架桥机运行过程的监测与控制，通过安装在工控机内的软件分析判断所采集的数据是否超出系统设定阈值，并做出预警，应变和倾角数据的阈值初步根据规范中规定的内力限值及位移限值确定，并根据各工况下的数据，进一步缩小阈值进行阈值修正；所述的GPRS DTU模块与工控机连接，用于将工控机中的数据无线传输至远程监控系统。

所述的远程监控系统包括远程服务器，通过GPRS网络对现场采集的数据进行实时接收、显示、存储及数据处理分析，做出一体化架桥机结构安全性评价、一体化架桥机运行姿态评价，管理人员通过远程监控系统不仅可以查看每一监测点数据的变化趋势，也可以设置数据的采样频率及报警阈值，通过提高采样频率达到集中监测产生较大应变、倾角时段的一体化架桥机结构状态的目的，应变和倾角数据较小时降低采样频率以减少数据量。

进一步，所述光纤光栅应变传感器通过多根光缆串接，并接入光纤光栅解调仪，将其粘贴在一体化架桥机受力较大截面处，用于测量结构表面应变，且光纤光栅应变传感器具有温度自补偿功能。

进一步，所述倾角计呈长方体状，若干倾角计通过多根电缆串接，并接入倾角数据采集箱，通过L型支架将其固定安装于一体化架桥机支腿及支腿附近主梁上，其具有优良的温度稳定性，电缆中有四根导线，其中两根作为电源导线，两根作为信号导线。

进一步，所述光纤光栅解调仪的输出端与工控机通过RJ-45接口连接，所述倾角数据采集箱的输出端通过HDMI接口与工控机连接。

进一步，所述工控机带有黑匣子模块，从而实现工控机数据保护具有可抗火、耐压、耐冲击振动、耐水浸泡、抗磁干扰等能力。

进一步，所述黑匣子模块中置有硬盘、信号处理芯片及电池等，电池为信号处理芯片供电。

进一步，所述光纤光栅解调仪、倾角数据采集箱、工控机及GPRS DTU模块采用发电机组及太阳能电池板两套供电系统对其供电，优先采用太阳能电池板供电，供电不足时启用发电机组。

进一步，所述远程监控系统对应变及倾角数据进行实时监测，如实测数据超出预先设定的报警阈值，则远程监控系统通过PC、APP、短信、邮箱及微信等多元化方式发送报警信息至用户端，指导现场施工安全。

进一步，所述远程监控系统显示数据的方式通过BIM技术实现，即利用BIM技术建立一体化架桥机的三维结构模型，并通过分析处理数据后，及时调整模型状态，其与一体化架桥机的实际结构状态一致，使工作人员能够更直观的监测一体化架桥机的结构安全状况，预防意外发生。

由以上本发明的技术方案可知，本发明公开的一种一体化架桥机的智能监测系统搭建了一个一体化架桥机的监测平台，可更好地对一体化架桥机作业过程进行监测，及时发现故障的早期征兆，采取相应的措施，进而避免重大事故发生。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明中一体化架桥机主梁的正视图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3是本发明中一体化架桥机第一支腿的正视图。

图4为本发明公开的结构示意图。

附图标记：1-第一支腿，2-第二支腿，3-第三支腿，4-第四支腿， 5-主梁， 6-光纤光栅应变传感器，7-倾角计，8-尾部平台，9-光纤光栅解调仪，10-倾角数据采集箱，11-工控机，12-光缆，13-电缆，14-GPRS DTU模块，15-顶部横梁，16-立柱，17-斜撑。

具体实施方式

下面将结合具体图示，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。

对HJQ200t-35m墩梁一体化架桥机运行过程中其结构安全进行智能化监测，HJQ200t-35m墩梁一体化架桥机主梁全长80m，为双蜂窝式主梁结构，中间6节10m为加强节，两端各1节10m为非加强节。

如图1所示，本发明提供了一种一体化架桥机的智能监测系统，包括：若干光纤光栅应变传感器6固定于一体化架桥机待监测部位，用于监测架桥机在立柱、架梁及过孔工况下主梁5及第一支腿1关键截面的应变，考虑最不利工况及经结构计算得到本实施例中主梁5的关键截面为各跨跨中及各支腿附近，因此在主梁5的跨中及第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3、第四支腿4附近粘贴光纤光栅应变传感器6，用于监测其应变；若干倾角计7通过粘贴的方式安装在一体化架桥机待监测部位，用于监测架桥机在立柱、架梁及过孔工况下主梁5及第一支腿1关键截面的倾角，考虑最不利工况及经结构计算得到本实施例中主梁5的较大倾角产生在各支腿附近，同时将第一支腿1顶部位置作为关键部位，测量第一支腿1在各工况下的面外倾角；

如图2所示，光纤光栅解调仪9、倾角数据采集箱10分别通过RJ-45接口及HDMI接口 与工控机11相连，工控机11接收光纤光栅应变传感器6及倾角计7的采集数据，并根据初设 的阈值分析判断数据是否超出设定阈值，如超出阈值则进行预警，初步设定主梁5的应变绝 对值阈值为900

，主梁5的倾角绝对值阈值为1°，第一支腿1的倾角绝对值阈值为3°；光纤 光栅应变传感器6通过多根光缆12串接，若干倾角计7通过多根电缆13串接，并接入倾角数 据采集箱10，电缆13中有四根导线，其中两根作为电源导线，两根作为信号导线；工控机11 中带有黑匣子模块以实现工控机数据保护具有可抗火、耐压、耐冲击振动、耐水浸泡、抗磁 干扰等能力；工控机11通过GPRS DTU模块14将采集得到的数据传输到远程监控系统，通过 远程服务器分析数据，进行一体化架桥机结构安全性评价、运行姿态评价及阈值修正；光纤 光栅解调仪9、倾角数据采集箱10、工控机11及GPRS DTU模块14均布设在一体化架桥机的尾 部平台8处。

如图3所示，第一支腿1上布置有两个横向光纤光栅应变传感器6、两个竖向光纤光栅应变传感器6、两个斜向光纤光栅应变传感器6及两个倾角计7，均在前支腿上对称布置。经计算得到，在本实施例中的一体化架桥机运行过程中，第一支腿1产生的较大应变位于顶部横梁15、立柱16及斜撑17位置，两个横向光纤光栅应变传感器6粘贴在顶部横梁15处、两个竖向光纤光栅应变传感器6粘贴在立柱16位置及两个斜向光纤光栅应变传感器6粘贴在斜撑17上，用于监测第一支腿1关键截面的应变变化情况。为保证本实施例中第一支腿1的稳定性，在立柱16顶部位置粘贴两个倾角计7，监测第一支腿1的面外倾角，从而推断出第一支腿1的顶部位移。

如图4所示，数据采集系统、现场监控系统及远程监控系统作为三个子系统，形成了本发明的一体化架桥机的智能监测系统。数据采集系统包括光纤光栅应变传感器6、光纤光栅解调仪9、倾角计7及倾角数据采集箱10，通过数据采集系统实现对一体化架桥机应变与倾角的实时采集。现场监控系统的功能主要依靠工控机11实现，工控机11接收数据采集系统的数据，并初步判断其是否超出设定阈值，若超出阈值范围则做出报警，反之则不报警。现场监控数据通过GPRS DTU模块14将现场采集的数据进行实时接收、显示、存储及数据处理分析，远程监控系统接收现场监控数据，管理人员通过远程监控系统不仅可以查看每一监测点数据的变化趋势，也可以设置数据的采样频率及报警阈值，完成一体化架桥机结构安全性评价、一体化架桥机运行姿态评价工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可作多种变动与润饰。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种一体化架桥机的智能监测系统，包括：数据采集系统、现场监控系统及远程监控系统三个子系统，

所述的数据采集系统包括若干光纤光栅应变传感器、若干倾角计、光纤光栅解调仪和倾角数据采集箱，所述的光纤光栅应变传感器固定于一体化架桥机待监测部位，用于监测架桥机在立柱、架梁及过孔工况下主梁及支腿关键截面的应变；所述的倾角计安装于一体化架桥机各支腿附近主梁上，用于监测一体化架桥机在运行过程中结构的变形状况；所述的光纤光栅解调仪通过传输光纤与光纤光栅应变传感器连接，用于采集光纤光栅波长信息，通过光纤光栅波长的变化来感知应变的大小；所述的倾角数据采集箱安装于一体化架桥机尾部平台处，用于采集倾角计的数据；

所述的现场监控系统包括工控机和GPRS DTU模块，所述的工控机与光纤光栅解调仪及倾角数据采集箱连接，用于对一体化架桥机运行过程的监测与控制，通过安装在工控机内的软件分析判断所采集的数据是否超出系统设定阈值，并做出预警，应变和倾角数据的阈值初步根据规范中规定的内力限值及位移限值确定，并根据各工况下的数据，进一步缩小阈值进行阈值修正；所述的GPRS DTU模块与工控机连接，用于将工控机中的数据无线传输至远程监控系统；

所述的远程监控系统包括远程服务器，通过GPRS网络对数据采集系统于现场采集的数据进行实时接收、显示、存储及数据处理分析，做出一体化架桥机结构安全性评价和一体化架桥机运行姿态评价，通过远程监控系统查看每一监测点数据的变化趋势以及设置数据的采样频率及报警阈值。

2.根据权利要求1所述的一种一体化架桥机的智能监测系统，其特征在于：所述光纤光栅应变传感器通过多根光缆串接并接入光纤光栅解调仪，所述倾角计通过多根电缆串接，并接入倾角数据采集箱。

3.根据权利要求1所述的一种一体化架桥机的智能监测系统，其特征在于：所述工控机设有黑匣子模块，使工控机数据保护可抗火、耐压、耐冲击振动、耐水浸泡、抗磁干扰。

4.根据权利要求3所述的一种一体化架桥机的智能监测系统，其特征在于：所述黑匣子模块中置有硬盘、信号处理芯片及电池，所述电池为信号处理芯片供电。

5.根据权利要求1所述的一种一体化架桥机的智能监测系统，其特征在于：所述光纤光栅解调仪、倾角数据采集箱和工控机及GPRS DTU模块均采用发电机组及太阳能电池板两套供电系统对其供电，优先采用太阳能电池板供电，供电不足时启用发电机组。

6.根据权利要求1所述的一种一体化架桥机的智能监测系统，其特征在于：所述远程监控系统对应变及倾角数据进行实时监测，若实测数据超出预先设定的报警阈值，则远程监控系统通过PC、APP、短信、邮箱及微信的多元化方式发送报警信息至用户端，指导现场施工安全。

7.根据权利要求1所述的一种一体化架桥机的智能监测系统，其特征在于：所述远程监控系统显示数据的方式通过BIM技术实现，即利用BIM技术建立一体化架桥机的三维结构模型，并通过分析处理数据后，及时调整模型状态，使其与一体化架桥机的实际结构状态一致。

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