CN115219127A - 桥梁实时监控评估系统及其施工方法 - Google Patents

桥梁实时监控评估系统及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥梁实时监控评估系统及其施工方法，该系统包括安装在钢筋混凝土箱梁跨中底板内第一应变计、分别安装在贝雷梁跨中和贝雷梁1/4跨处的第二应变计、安装在盘扣支架跨中的第三应变计、安装在雷梁跨中的第一温度传感器、安装在盘扣支架跨中的第二温度传感器以及安装在盘扣支架上的风速仪，所述第一应变计、第二应变计、第三应变计、第一温度传感器、第二温度传感器以及风速仪分别通过采发仪将采集到的实时数据发送到数据处理模块；所述数据处理模块用于利用限元模拟分析，得到桥梁有限元设计值，然后将采集到的实时数据与桥梁有限元设计值进行比较评估。

Description

桥梁实时监控评估系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁实时监控评估系统及其施工方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，桥梁作为跨越沟壑、山涧等不良地质，以及满足各种交通需要、保障路线畅通的使车辆以及行人能顺利通行的建筑物，已经被广泛运用于基础建设中。因为桥梁施工过程复杂且繁琐，对于保障桥梁的施工建设安全，以及后续运营中桥梁结构产生的各项病害，应对桥梁保持持续的监视与控制。
桥梁施工监控是桥梁施工过程中的一项重要组成部分，其内容主要是对监控目标的受力、变形和温度等内容进行监控，是保障施工安全，成桥结构符合设计要求的基础。
传统的桥梁施工监控系统需要布置大量的传感器进行数据采集，然后将采集到的数据发送给专业人士进行分析处理，才能对监测结构的当前状态进行评估，从而制定相应对策，传统的桥梁施工监控成本高且监控效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种桥梁实时监控评估系统及其施工方法，以解决现有桥梁施工监控成本高且效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种桥梁实时监控评估系统，包括安装在钢筋混凝土箱梁跨中底板内第一应变计、分别安装在贝雷梁跨中和贝雷梁1/4跨处的第二应变计、安装在盘扣支架跨中的第三应变计、安装在雷梁跨中的第一温度传感器、安装在盘扣支架跨中的第二温度传感器以及安装在盘扣支架上的风速仪，第一应变计、第二应变计、第三应变计、第一温度传感器、第二温度传感器以及风速仪分别通过采发仪将采集到的实时数据发送到数据处理模块；数据处理模块利用限元分析模型根据采集到的实时数据得到桥梁其它位置的相关参数，然后将采集到的实时数据及分析得到的桥梁其它位置的相关参数分别与预警阈值进行比较，然后根据比较结果对桥梁评估。
进一步地，当数据处理模块比较得出采集到的实时数据大于桥梁有限元设计值阈值时，发出预警信息提醒工作人员调查施工现场的各项影响因素，然后根据现场影响因素对限元分析模型进行修正，再利用修正后的限元分析模型根据后续采集到的实时数据对整个桥梁进行分析评估。
进一步地，数据处理模块为基于Python Dash开发的web端程序。
进一步地，第一应变计为埋设在钢筋混凝土箱梁跨中底板内的振弦式砼应变计。
进一步地，第二应变计为振弦式表面应变计，第二应变计和第一温度传感器通过粘胶固定安装在贝雷梁纵梁上。
进一步地，第三应变计为振弦式表面应变计，第三应变计通过焊接的方式固定在盘扣式支架上，第二温度传感器通过粘胶固定安装在盘扣支架上，风速仪通过扣具或采用捆绑的方式固定在盘扣支架上。
此外本申请还提供了一种上述桥梁实时监控评估系统的施工方法，该方法包括：
在钢筋混凝土箱梁的不易被施工干扰处安置配电箱；然后将采发仪安装在配电箱中；
在箱梁浇筑混凝土前，将第一应变计埋入钢筋混凝土箱梁跨中底板内；
利用砂纸打磨贝雷梁跨中纵梁的表面，再利用粘胶将第二应变计和第一温度传感器固定安装在精打磨后的贝雷梁纵梁上；
通过焊接方式第三应变计固定在盘扣支架上，通过粘胶将第二温度传感器粘接在盘扣支架上，通过扣具或绳索将风速仪固定在盘扣支架上；
分别将第一应变计延长线、第二应变计延长线、第三应变计延长线、第一温度传感器延长线、第二温度传感器延长线以及风速仪的延长线与采发仪进行连接；然后将采发仪通过无线通信单元与数据处理模块相连接，利用数据处理模块根据采集到的实时数据对桥梁进行实时分析评估。
进一步地，在埋入第一应变计时，将第一应变计的出线端电缆打一个八字结，再将第一应变计固定在跨中底板位置的钢筋上。
本发明的有益效果为：
(1)通过采用远程监控技术，可以做到随时随地，可便于使用各种可登陆网页的设备(例如：智能手机、电脑等)查看监控对象的应力、温度和风速等参数，提高了数据监控的实时性和通用性。
(2)将施工监控与有限元模拟分析相结合，构建桥梁各个监测点应力之间的函数关系，从而在只布置有限个应变计的条件下，推测出其他位置的应力变化情况，从而为保障施工质量提供指导。
(3)采发仪及各类传感器只需一次性安装到位，便可做到长期监测，而当传感器出现损坏时，模块化的组成方式也能有利于后期维护与配件更换。
(4)通过采用参数评估功能，根据现有规范指导的预警阈值，将之设定为设计值安全域，与实时监控数据相比对，可以使监控人员时刻了解到桥梁的受力状态，从而减小危险隐患，确保桥梁施工的安全及后续运营。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为桥梁实时监控评估系统原理图；
图2为钢筋混凝土箱梁的横截面示意图；
图3为贝雷梁构造示意图；
图4为盘扣式支架构造示意图；
图5为Ansys模拟分析的贝雷梁应力分布图。
其中：1、钢筋混凝土箱梁；2、无线采发仪及配电箱；3、第一应变计；4、贝雷梁；5、第二应变计；6、第一温度传感器；7、盘扣式支架；8、第三应变计； 9、第二温度传感器；10、风速仪。
具体实施方式
如图1所示的一种桥梁实时监控评估系统，包括安装在钢筋混凝土箱梁1跨中底板内第一应变计3、分别安装在贝雷梁4跨中和贝雷梁41/4跨处的第二应变计5、安装在盘扣支架跨中的第三应变计8、安装在雷梁跨中的第一温度传感器 6、安装在盘扣支架跨中的第二温度传感器9以及安装在盘扣支架上的风速仪，第一应变计3、第二应变计5、第三应变计8、第一温度传感器6、第二温度传感器9以及风速仪10分别通过采发仪2将采集到的实时数据发送到数据处理模块；数据处理模块利用限元分析模型根据采集到的实时数据得到桥梁其它位置的相关参数，然后将采集到的实时数据及分析得到的桥梁其它位置的相关参数分别与预警阈值进行比较，然后根据比较结果对桥梁评估。
本发明将施工监控与有限元模拟分析相结合，构建桥梁各个监测点应力之间的函数关系，从而在只布置有限个应变计的条件下，推测出其他位置的应力变化情况，从而为保障施工质量提供指导。
根据本申请的一个实施例，当数据处理模块比较得出采集到的实时数据大于桥梁有限元设计值阈值时，发出预警信息提醒工作人员调查施工现场的各项影响因素，然后根据现场影响因素对限元分析模型进行修正，再利用修正后的限元分析模型根据后续采集到的实时数据对整个桥梁进行分析评估。
根据本申请的一个实施例，采发仪2可采用VS208～432无线采发仪2，在安置采发仪2时，应将其置于配电箱中并保持电源供给，以确保数据连续，避免发生意外。鉴于工地施工环境复杂，应使设备接地(例如：将铜线埋入螺丝中，另一端接地)，以避免干扰。
根据本申请的一个实施例，数据处理模块为基于Python Dash开发的web端程序。利用Python开发的web端监控程序，可以做到随时随地，可便于使用各种可登陆网页的设备(例如：智能手机、电脑等)查看监控对象的应力、温度和风速等参数，提高了数据监控的实时性和通用性。
根据本申请的一个实施例，如图2所示，第一应变计3为埋设在钢筋混凝土箱梁1跨中底板内的振弦式砼应变计。振弦式砼应变计采用振弦式弹性梁结构，适用于长期埋设在混凝土结构的梁、柱、桩基、支撑、档土墙、水工建筑物、衬砌、墩与底脚及其基岩中，监测其应力与应变。
根据本申请的一个实施例，如图3所示，第二应变计5为振弦式表面应变计，第二应变计5和第一温度传感器6通过粘胶固定安装在贝雷梁4纵梁上。利用第二应变计5可实时采集贝雷梁4跨中和贝雷梁41/4跨处的应变数据。通过第一温度传感器6可实时采集贝雷梁4纵梁上的温度数据。
根据本申请的一个实施例，如图4所示，第三应变计8为振弦式表面应变计，第三应变计8通过焊接的方式固定在盘扣式支架7上，第二温度传感器9通过粘胶固定安装在盘扣支架上，风速仪10通过扣具或采用捆绑的方式固定在盘扣支架上。通过第三应变计8、第二温度传感器9和风速仪10可分别采集盘扣式支架 7的应应变数据、温度数据和风俗数据。
此外本申请还提供了一种上述桥梁实时监控评估系统的施工方法，该方法包括：
在钢筋混凝土箱梁1的不易被施工干扰处安置配电箱，并确保其电源可长期维持后将采发仪2置入其中，以避免施工过程中干扰采发仪2工作；
在箱梁浇筑混凝土前，将第一应变计3(振弦式砼应变计)出线端电缆打一个八字结，以避免后续施工使接线断裂，再用钢丝绑在跨中底板位置的钢筋上，准备适当长度延长线至采发仪2处；
先使用砂纸打磨贝雷梁4跨中纵梁表面，将被测区域整理平滑干净，再用粘胶(如AB胶)将第二应变计5(振弦式表面应变计)和第一温度传感器6粘在贝雷梁4纵梁上，再将延长线延伸至采发仪2处；
对于由圆管组成的盘扣式支架7，应采用焊接的方式以确保第三应变计8(振弦式表面应变计)能固定在盘扣支架上。先将夹具与试棒限位端相接触，试棒右端和夹具外侧相接触，拧紧螺丝，将试棒两端的夹具焊接到被测物上，使用焊接时，必须使用试棒，避免损坏仪器，待夹具冷却后，取下试棒，再将第三应变计 8的两端和夹具外侧对齐，拧紧螺丝完成安装；第二温度传感器9使用粘胶(如 AB胶)粘在盘扣支架上，风速仪10利用扣具或铁丝捆绑的方式水平安装至盘扣支架7横梁处，待各传感器安装就位后，将各传感器延长线延伸至采发仪2处；
确认各传感器安装就位，将延长线连接处用绝缘胶带包裹后，将各应变计和温度传感器连接至采发仪2的SENⅠ端口公共端处，第一应变计3、第二应变计5、第三应变计8分别连接至采发仪2的通道ch1～ch3，第一温度传感器6、第二温度传感器9分别连接至采发仪2的通道ch13～ch14，连接时黑色线为振弦公共端，白色线为温度公共端；风速仪10通过延长线接入SENⅣ端口，本发明使用的风速仪10型号为VMS-3000-FS-I20，其风速仪10端橙色线为正极，连接采发仪2的传感器接口红色线；风速仪10端黑色线与绿色线分别为负极和GND，一起连接采发仪2的传感器接口黑色线；风速仪10端蓝色线为模拟信号OUT，连接采发仪2的传感器接口橘色线；
完成所有传感器连接后，将采发仪2通过RS232线与PC端相连接，打开采发仪2设置软件，将采发仪2数据发送方式设置为GPRS TCP，扫描时间、数据存储时间和自动发送时间均设置为4分钟，填写TCP服务器地址后重启采发仪 2，便可通过对应地址向web端发送实时采发数据；
本发明的web端监控程序为基于Python开发的实时监控评估系统，整合了实时查看数据变化的温度、风速仪10表盘和应力曲线。在应力折线图中，以有限元设计值作为评估基础，白色区域为安全域，当应力曲线进入黄色区域时应保持警惕，当应力达到设计值红线时，则应详细调查施工现场的各项影响因素(例如：施工荷载、实际箱梁重量等)，再根据实际情况修改有限元模型，制定更符合实际的参考模型，并采取相应的工程安全保障措施，为确保施工安全和成桥质量起到重要作用。
本发明用Ansys构建了仿真分析模型，以均布荷载的方式将实际荷载布置在贝雷梁4的上弦杆，通过设置荷载子步的方式模拟荷载变化的过程，如图5。在本次试验中，贝雷梁4跨中布置了表面应变计，因此，以跨中应力为自变量，可以构建其与贝雷梁4八分之一跨应力的函数关系，通过Ansys有限元分析，贝雷梁4跨中应力与贝雷梁4八分之一应力的函数关系为：y＝0.552x+0.078，式中：x为贝雷梁4跨中应力，y为贝雷梁4八分之一跨应力，单位为MPa，将该函数关系式带入到监控分析中，可以得到未布置传感器处的理论应力变化值。以上述方法，可以继续利用Ansys模型，以实际布置传感器为自变量，构建其他未布置传感器处与实测值的函数关系，从而实现以有限个传感器对监控结构整体的监控分析。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种桥梁实时监控评估系统，其特征在于，包括安装在钢筋混凝土箱梁跨中底板内第一应变计、分别安装在贝雷梁跨中和贝雷梁1/4跨处的第二应变计、安装在盘扣支架跨中的第三应变计、安装在雷梁跨中的第一温度传感器、安装在盘扣支架跨中的第二温度传感器以及安装在盘扣支架上的风速仪，所述第一应变计、第二应变计、第三应变计、第一温度传感器、第二温度传感器以及风速仪分别通过采发仪将采集到的实时数据发送到数据处理模块；所述数据处理模块利用限元分析模型根据采集到的实时数据得到桥梁其它位置的相关参数，然后将采集到的实时数据及分析得到的桥梁其它位置的相关参数分别与预警阈值进行比较，然后根据比较结果对桥梁评估。
2.根据权利要求1所述的桥梁实时监控评估系统，其特征在于，当数据处理模块比较得出采集到的实时数据大于预警阈值时，发出预警信息提醒工作人员调查施工现场的各项影响因素，然后根据现场影响因素对限元分析模型进行修正，再利用修正后的限元分析模型根据后续采集到的实时数据对整个桥梁进行分析评估。
3.根据权利要求1或2所述的桥梁实时监控评估系统，其特征在于，所述数据处理模块为基于Python Dash开发的web端程序。
4.根据权利要求1或2所述的桥梁实时监控评估系统，其特征在于，所述第一应变计为埋设在钢筋混凝土箱梁跨中底板内的振弦式砼应变计。
5.根据权利要求1或2所述的桥梁实时监控评估系统及其施工方法，其特征在于，所述第二应变计为振弦式表面应变计，所述第二应变计和第一温度传感器通过粘胶固定安装在贝雷梁纵梁上。
6.根据权利要求1或2所述的桥梁实时监控评估系统，其特征在于，所述第三应变计为振弦式表面应变计，所述第三应变计通过焊接的方式固定在盘扣式支架上，第二温度传感器通过粘胶固定安装在盘扣支架上，所述风速仪通过扣具或采用捆绑的方式固定在盘扣支架上。
7.一种权利要求1-6任一所述的桥梁实时监控评估系统的施工方法，其特征在于，包括
在钢筋混凝土箱梁的不易被施工干扰处安置配电箱；然后将采发仪安装在配电箱中；
在箱梁浇筑混凝土前，将第一应变计埋入所述钢筋混凝土箱梁跨中底板内；
利用砂纸打磨贝雷梁跨中纵梁的表面，再利用粘胶将第二应变计和第一温度传感器固定安装在精打磨后的贝雷梁纵梁上；
通过焊接方式第三应变计固定在盘扣支架上，通过粘胶将第二温度传感器粘接在盘扣支架上，通过扣具或绳索将风速仪固定在盘扣支架上；
分别将第一应变计延长线、第二应变计延长线、第三应变计延长线、第一温度传感器延长线、第二温度传感器延长线以及风速仪的延长线与采发仪进行连接；然后将采发仪通过无线通信单元与数据处理模块相连接，利用数据处理模块根据采集到的实时数据对桥梁进行实时分析评估。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，在埋入第一应变计时，将第一应变计的出线端电缆打一个八字结，再将第一应变计固定在跨中底板位置的钢筋上。
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