CN117804712A - 一种桥梁荷载检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁荷载检测技术领域，具体公开了一种桥梁荷载检测装置，包括：环境采集模块，用于采集桥梁环境相关信息；数据处理端，根据桥梁环境相关信息分析获得环境影响系数，对环境影响系数进行分析，对桥梁荷载检测模块进行调节控制；控制模块，用于对桥梁荷载检测模块的检测进行控制；桥梁荷载检测模块，用于对桥梁荷载进行检测；本发明通过环境采集模块对桥梁使用过程中所处的环境相关信息进行实时监测，将监测获得的信息通过数据处理端进行分析处理，获得环境的影响系数，根据环境影响系数和预设环境影响系数的比对，判断是否对桥梁荷载检测模块的检测时间间隔进行调节及是否立即对桥梁荷载进行检测。

Description

一种桥梁荷载检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及桥梁荷载检测技术领域，具体涉及一种桥梁荷载检测装置及检测方法。

背景技术

为保证桥梁的结构安全和可靠性，无论是桥梁建设完成后还是桥梁使用过程中均需要通过桥梁荷载检测装置对其进行桥梁荷载检测，桥梁荷载检测的目的是为了确保桥梁的安全运行和可持续使用，减少事故风险，避免损害人身和财产安全，并为桥梁的维修和改造提供科学依据。

为保证对桥梁荷载的精准检测，多在桥梁各个关键结构部位上长期安装有对应的桥梁荷载检测用的对应传感器，因各个传感器数量过多，且很多传感器安装的位置在安装过程中较为不便，若对桥梁荷载进行实时监测可能会导致处理运算量过大并且会对导致传感器使用寿命大量缩短，需要对损坏的传感器更换时需要花费较多人力物力，所以现有技术中，多通过桥梁荷载检测装置对桥梁荷载进行周期性检测，以达到桥梁的安全运行和可持续使用，但是此种检测方式具有一定的局限性，其周期性检测的时间间隔多人工根据经验进行预设，无法根据桥梁使用过程中的环境进行智能自动调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁荷载检测装置及检测方法，解决以下技术问题：

如何对桥梁荷载检测的时间周期进行智能调节的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种桥梁荷载检测装置，包括：

环境采集模块，用于采集桥梁环境相关信息；

数据处理端，根据桥梁环境相关信息分析获得环境影响系数，对环境影响系数进行分析，对桥梁荷载检测模块进行调节控制；

控制模块，用于对桥梁荷载检测模块的检测进行控制；

桥梁荷载检测模块，用于对桥梁荷载进行检测。

进一步地，所述环境采集模块包括温度传感器、风力传感器及交通监控摄像头，所述温度传感器安装在桥梁上，用于对桥梁所在环境的温度进行实时监测，所述风力传感器安装在桥梁上，用于对桥梁所在环境的风速进行实时监测，所述交通监控摄像头分别安装在桥梁两端，用于对桥梁上行驶的车辆数进行实时监测；

所述桥梁荷载检测模块包括桥梁应变计、加速度计、拉线式挠度传感器及处理分析模块，所述桥梁应变计设有多个，分别安装在桥梁的关键结构部位上，用于桥梁的受力情况和变形程度进行检测，所述加速度计设有多个，分别安装在桥梁的关键结构部位上，用于对桥梁的振动情况进行检测，所述拉线式挠度传感器安装在桥梁结构上，用于对桥梁的变形和挠度进行检测，处理分析模块用于对桥梁荷载的各个检测传感器采集信息进行分析处理，并判断桥梁状态是否异常，其中，关键结构部位包括但不限于主梁、支座处、桥面板和桥墩。

一种桥梁荷载检测方法，采用一种桥梁荷载检测装置，所述方法包括：

S1、通过环境采集模块对桥梁使用环境进行实时监测分析获得桥梁使用过程中的环境影响参数；

S2、对环境影响参数进行分析，将其与预设阈值进行比对，判断是否对桥梁荷载检测模块的检测频率进行调节及是否立即执行桥梁荷载检测模块的检测；

S3、通过桥梁荷载检测模块对桥梁使用过程中的荷载进行周期性检测并判断是否桥梁状态是否异常。

于一个实施例中，所述环境影响参数分析获得的过程包括：

通过公式C_sum＝C_T*τ₁+C_V*τ₂+C_Y*τ₃计算分析获得环境影响参数C_sum；

其中，C_T为环境温度影响参数，C_V为环境风速影响参数，C_Y为交通运输影响参数，τ₁、τ₂及τ₃均为环境影响参数的权重系数。

进一步地，所述环境温度影响参数分析获得的过程包括：

根据温度传感器采集到的桥梁所在环境的温度，通过线性回归算法拟合生成温度随时间变化的曲线T_s(t)；

在预设时间段[t₁，t₂]内取曲线T_s(t)上的最大值和最小值/>

通过上述公式分析计算获得在预设时间段[t₁，t₂]内环境温度影响参数C_T；

其中，T_sth为标准温度值。

进一步地，所述环境风速影响参数分析获得的过程包括：

根据风力传感器采集到的桥梁所在环境的风速，通过线性回归算法拟合生成风速随时间变化的曲线V_s(t)，在预设时间段[t₁，t₂]内，在风速变化曲线V_s(t)上等时间间隔取N个风速值

通过上述公式联立分析计算获得在预设时间段[t₁，t₂]内环境风速影响参数C_V；

其中，为该时间段内的平均风速，i∈[1，N]，/>为第i个风速值，Δt＝t₂-t₁，α₁和α₂为风速影响因素的对应权重系数。

进一步地，所述交通运输影响参数分析获得的过程包括：

通过上述公式分析计算获得交通运输影响参数C_Y；

其中，M为桥梁上通行的车辆类型数，j∈[1，M]，为桥梁上第j类型车辆的数量，ε^j为桥梁上第j类型车辆单辆重量的影响系数，/>为桥梁上第j类型车辆的平均速度，δ^j为桥梁上第j类型车辆单辆对应平均速度下的影响系数，β₁和β₂为交通影响因素的对应权重系数。

于一实施例中，所述对桥梁荷载检测模块进行调节和控制的过程包括：

将环境影响参数C_sum与预设阈值区间[C₁，C₂]进行比对；

若C_sum＜C₁，不对桥梁荷载检测模块进行调节和控制，桥梁荷载检测模块呈预设时间间隔周期性对桥梁荷载状态进行检测；

若C_sum∈[C₁，C₂]，不对桥梁荷载检测模块进行控制，对其周期性对桥梁荷载检测的时间间隔进行调节；

若C_sum＞C₂，对桥梁荷载检测的时间间隔进行调节，并生成立即对桥梁荷载进行检测的信号。

进一步地，所述桥梁荷载检测时间间隔调节的过程包括：

当C_sum≥C₁时，通过公式计算获得调节后的检测周期间隔W_s；

当C_sum＜C₁时，桥梁荷载检测模块检测时间周期间隔为W_sth；

其中，W_sth为预设桥梁荷载检测模块检测时间间隔，W_s≥W_E，W_E为预设桥梁荷载检测模块最短检测时间间隔。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过环境采集模块对桥梁使用过程中所处的环境相关信息进行实时监测，将监测获得的信息通过数据处理端进行分析处理，获得环境的影响系数，根据环境影响系数和预设环境影响系数的比对，判断是否对桥梁荷载检测模块的检测时间间隔进行调节及是否立即对桥梁荷载进行检测。

(2)本发明通过环境采集模块对桥梁使用环境进行实时监测分析获得桥梁使用过程中的环境影响参数，然后将环境影响参数和预设阈值区间进行比对，若环境影响参数小于预设阈值区间的最小值，无需对桥梁荷载检测模块的检测周期进行调节，若环境影响参数在预设阈值区间内，对桥梁荷载检测模块的检测周期进行调节，以提高检测的频率，若环境影响参数大于预设阈值区间的最大值，对桥梁荷载检测模块检测周期进行调节的同时，立即执行桥梁荷载检测模块的检测。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明提出的一种桥梁荷载检测装置及检测方法的概要框图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，在一个实施例中，提供了一种桥梁荷载检测装置，包括：

环境采集模块，用于采集桥梁环境相关信息；

数据处理端，根据桥梁环境相关信息分析获得环境影响系数，对环境影响系数进行分析，对桥梁荷载检测模块进行调节控制；

控制模块，用于对桥梁荷载检测模块的检测进行控制；

桥梁荷载检测模块，用于对桥梁荷载进行检测。

所述环境采集模块包括温度传感器、风力传感器及交通监控摄像头，所述温度传感器安装在桥梁上，用于对桥梁所在环境的温度进行实时监测，所述风力传感器安装在桥梁上，用于对桥梁所在环境的风速进行实时监测，所述交通监控摄像头分别安装在桥梁两端，用于对桥梁上行驶的车辆数进行实时监测；

所述桥梁荷载检测模块包括桥梁应变计、加速度计、拉线式挠度传感器及处理分析模块，所述桥梁应变计设有多个，分别安装在桥梁的关键结构部位上，用于桥梁的受力情况和变形程度进行检测，所述加速度计设有多个，分别安装在桥梁的关键结构部位上，用于对桥梁的振动情况进行检测，所述拉线式挠度传感器安装在桥梁结构上，用于对桥梁的变形和挠度进行检测，处理分析模块用于对桥梁荷载的各个检测传感器采集信息进行分析处理，并判断桥梁状态是否异常，其中，关键结构部位包括但不限于主梁、支座处、桥面板和桥墩。

通过上述技术方案，本实施例提供了一种桥梁荷载检测装置，具体地，所述桥梁荷载检测装置包括环境采集模块、数据处理端、控制模块及桥梁荷载检测模块，使用过程中，可通过环境采集模块对桥梁使用过程中所处的环境相关信息进行实时监测，将监测获得的信息通过数据处理端进行分析处理，获得环境的影响系数，根据环境影响系数和预设环境影响系数的比对，判断是否对桥梁荷载检测模块的检测时间间隔进行调节及是否立即对桥梁荷载进行检测，其中，环境采集模块包括温度传感器、风力传感器及交通监控摄像头，温度传感器可对桥梁所在环境的温度进行实时监测，风力传感器可对桥梁所在环境的风速进行实时监测，交通监控摄像头可对经过桥梁的车辆类型、数量及速度进行实时监测，桥梁荷载检测模块包括桥梁应变计、加速度计、拉线式挠度传感器及处理分析模块，桥梁应变计可对桥梁的受力情况和变形程度进行监测，加速度计可对桥梁的振动情况进行检测，拉线式挠度传感器可对桥梁的变形和挠度进行检测，处理分析模块可对桥梁荷载的各个检测传感器采集的信息进行分析处理，生成桥梁荷载信息参数，将桥梁荷载信息参数与该桥梁预设的标准荷载参数进行比对，判断该桥梁状态是否异常。

请参阅图1所示，一种桥梁荷载检测方法，采用一种桥梁荷载检测装置，所述方法包括：

S1、通过环境采集模块对桥梁使用环境进行实时监测分析获得桥梁使用过程中的环境影响参数；

S2、对环境影响参数进行分析，将其与预设阈值进行比对，判断是否对桥梁荷载检测模块的检测频率进行调节及是否立即执行桥梁荷载检测模块的检测；

S3、通过桥梁荷载检测模块对桥梁使用过程中的荷载进行周期性检测并判断是否桥梁状态是否异常。

通过上述技术方案，本实施例提供了一种桥梁荷载检测的方法，具体地，通过环境采集模块对桥梁使用环境进行实时监测分析获得桥梁使用过程中的环境影响参数，然后将环境影响参数和预设阈值区间进行比对，若环境影响参数小于预设阈值区间的最小值，无需对桥梁荷载检测模块的检测周期进行调节，若环境影响参数在预设阈值区间内，对桥梁荷载检测模块的检测周期进行调节，以提高检测的频率，若环境影响参数大于预设阈值区间的最大值，对桥梁荷载检测模块检测周期进行调节的同时，立即执行桥梁荷载检测模块的检测，需要说明的是，在执行本次荷载检测模块检测后，在调节后的检测时间间隔内不会进行第二次立即执行桥梁荷载检测模块的检测动作。

于一实施例中，所述环境影响参数分析获得的过程包括：

通过公式C_sum＝C_T*τ₁+C_V*τ₂+C_Y*τ₃计算分析获得环境影响参数C_sum；

其中，C_T为环境温度影响参数，C_V为环境风速影响参数，C_Y为交通运输影响参数，τ₁、τ₂及τ₃均为环境影响参数的权重系数。

所述环境温度影响参数分析获得的过程包括：

根据温度传感器采集到的桥梁所在环境的温度，通过线性回归算法拟合生成温度随时间变化的曲线T_s(t)；

在预设时间段[t₁，t₂]内取曲线T_s(t)上的最大值和最小值/>

通过上述公式分析计算获得在预设时间段[t₁，t₂]内环境温度影响参数C_T；

其中，T_sth为标准温度值。

所述环境风速影响参数分析获得的过程包括：

根据风力传感器采集到的桥梁所在环境的风速，通过线性回归算法拟合生成风速随时间变化的曲线V_s(t)，在预设时间段[t₁，t₂]内，在风速变化曲线V_s(t)上等时间间隔取N个风速值

通过上述公式联立分析计算获得在预设时间段[t₁，t₂]内环境风速影响参数C_V；

其中，为该时间段内的平均风速，i∈[1，N]，/>为第i个风速值，Δt＝t₂-t₁，α₁和α₂为风速影响因素的对应权重系数。

所述交通运输影响参数分析获得的过程包括：

通过上述公式分析计算获得交通运输影响参数C_Y；

其中，M为桥梁上通行的车辆类型数，j∈[1，M]，为桥梁上第j类型车辆的数量，ε^j为桥梁上第j类型车辆单辆重量的影响系数，/>为桥梁上第j类型车辆的平均速度，δ^j为桥梁上第j类型车辆单辆对应平均速度下的影响系数，β₁和β₂为交通影响因素的对应权重系数。

通过上述技术方案，本实施例提供了一种获得环境影响参数的方法，具体地，可通过以下公式联立进行计算获得：

C_sum＝C_T*τ₁+C_V*τ₂+C_Y*τ₃

其中，Δt＝t₂-t₁，t₂为实时时间节点，Δt为预设分析时间间隔，可根据桥梁荷载检测实验选择获得，C_T为环境温度影响参数，C_V为环境风速影响参数，C_Y为交通运输影响参数，τ₁、τ₂及τ₃均为环境影响参数的权重系数，可通过桥梁荷载检测实验拟合获得，T_sth为标准温度值，可根据桥梁建设设计参数分析选择获得，为该时间段内的平均风速，i∈[1，N]，N为对预设时间段[t₁，t₂]内等时间间隔选取的风速值数量，/>为第i个风速值，α₁和α₂为风速影响因素的对应权重系数，可根据环境风速影响因素和桥梁荷载的实验分析获得，M为桥梁上通行的车辆类型数，具体可根据车辆的重量及体积进行分类划分，j∈[1，M]，/>为桥梁上第j类型车辆的数量，可根据交通监控摄像头统计数据计算获得，ε^j为桥梁上第j类型车辆单辆重量的影响系数，可根据经验数据拟合获得，/>为桥梁上第j类型车辆的平均速度，可根据交通监控摄像头统计数据分析获得，δ^j为桥梁上第j类型车辆单辆对应平均速度下的影响系数，可根据经验数据拟合获得，β₁和β₂为交通影响因素的对应权重系数，可根据交通影响因素和桥梁荷载的实验分析获得。

于一实施例中，所述对桥梁荷载检测模块进行调节和控制的过程包括：

将环境影响参数C_sum与预设阈值区间[C₁，C₂]进行比对；

若C_sum＜C₁，不对桥梁荷载检测模块进行调节和控制，桥梁荷载检测模块呈预设时间间隔周期性对桥梁荷载状态进行检测；

若C_sum∈[C₁，C₂]，不对桥梁荷载检测模块进行控制，对其周期性对桥梁荷载检测的时间间隔进行调节；

若C_sum＞C₂，对桥梁荷载检测的时间间隔进行调节，并生成立即对桥梁荷载进行检测的信号。

所述桥梁荷载检测时间间隔调节的过程包括：

当C_sum≥C₁时，通过公式计算获得调节后的检测周期间隔W_s；

当C_sum＜C₁时，桥梁荷载检测模块检测时间周期间隔为W_sth；

其中，W_sth为预设桥梁荷载检测模块检测时间间隔，W_s≥W_E，W_E为预设桥梁荷载检测模块最短检测时间间隔。

通过上述技术方案，本实时例提供了一种对桥梁荷载检测模块进行调节和控制的方法，具体地，将环境影响参数C_sum与预设阈值区间[C₁，C₂]进行比对，若C_sum＜C₁，桥梁荷载检测模块呈时间周期间隔为W_sth的检测，若C_sum∈[C₁，C₂]，只对桥梁荷载检测模块检测的时间间隔进行调节，可通过公式计算获得调节后的检测周期时间间隔W_s，若C_sum＞C₂，通过公式/> 对检测周期时间间隔调整的同时，并生成立即对桥梁荷载进行监测的信号，通过控制模块控制桥梁荷载检测模块对桥梁进行立即检测，需要说明的是，W_sth为预设桥梁荷载检测模块检测时间间隔，可根据桥梁荷载检测实验选择获得，调节后的检测周期间隔W_s≥W_E，W_E为预设桥梁荷载检测模块最短检测时间间隔，可根据桥梁荷载检测模块单次检测的速度选择设定，并且当执行立即进行桥梁荷载检测后，后续在对应调节后检测时间间隔内不会进行第二次立即执行桥梁荷载检测的动作。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种桥梁荷载检测装置，其特征在于，包括：

环境采集模块，用于采集桥梁环境相关信息；

数据处理端，根据桥梁环境相关信息分析获得环境影响系数，对环境影响系数进行分析，对桥梁荷载检测模块进行调节控制；

控制模块，用于对桥梁荷载检测模块的检测进行控制；

桥梁荷载检测模块，用于对桥梁荷载进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁荷载检测装置，其特征在于，所述环境采集模块包括温度传感器、风力传感器及交通监控摄像头，所述温度传感器安装在桥梁上，用于对桥梁所在环境的温度进行实时监测，所述风力传感器安装在桥梁上，用于对桥梁所在环境的风速进行实时监测，所述交通监控摄像头分别安装在桥梁两端，用于对桥梁上行驶的车辆数进行实时监测；

所述桥梁荷载检测模块包括桥梁应变计、加速度计、拉线式挠度传感器及处理分析模块，所述桥梁应变计设有多个，分别安装在桥梁的关键结构部位上，用于桥梁的受力情况和变形程度进行检测，所述加速度计设有多个，分别安装在桥梁的关键结构部位上，用于对桥梁的振动情况进行检测，所述拉线式挠度传感器安装在桥梁结构上，用于对桥梁的变形和挠度进行检测，处理分析模块用于对桥梁荷载的各个检测传感器采集信息进行分析处理，并判断桥梁状态是否异常，其中，关键结构部位包括但不限于主梁、支座处、桥面板和桥墩。

3.一种桥梁荷载检测方法，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的一种桥梁荷载检测装置，所述方法包括：

S1、通过环境采集模块对桥梁使用环境进行实时监测分析获得桥梁使用过程中的环境影响参数；

S2、对环境影响参数进行分析，将其与预设阈值进行比对，判断是否对桥梁荷载检测模块的检测频率进行调节及是否立即执行桥梁荷载检测模块的检测；

S3、通过桥梁荷载检测模块对桥梁使用过程中的荷载进行周期性检测并判断是否桥梁状态是否异常。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁荷载检测方法，其特征在于，所述环境影响参数分析获得的过程包括：

通过公式C_sum＝C_T*τ₁+C_V*τ₂+C_Y*τ₃计算分析获得环境影响参数C_sum；

其中，C_T为环境温度影响参数，C_V为环境风速影响参数，C_Y为交通运输影响参数，τ₁、τ₂及τ₃均为环境影响参数的权重系数。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁荷载检测方法，其特征在于，所述环境温度影响参数分析获得的过程包括：

根据温度传感器采集到的桥梁所在环境的温度，通过线性回归算法拟合生成温度随时间变化的曲线T_s(t)；

在预设时间段[t₁，t₂]内取曲线T_s(t)上的最大值和最小值/>

通过上述公式分析计算获得在预设时间段[t₁，t₂]内环境温度影响参数C_T；

其中，T_sth为标准温度值。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁荷载检测装置，其特征在于，所述环境风速影响参数分析获得的过程包括：

根据风力传感器采集到的桥梁所在环境的风速，通过线性回归算法拟合生成风速随时间变化的曲线V_s(t)，在预设时间段[t₁，t₂]内，在风速变化曲线V_s(t)上等时间间隔取N个风速值

通过上述公式联立分析计算获得在预设时间段[t₁，t₂]内环境风速影响参数C_V；

其中，为该时间段内的平均风速，i∈[1，N]，/>为第i个风速值，Δt＝t₂-t₁，α₁和α₂为风速影响因素的对应权重系数。

7.根据权利要求6所述的一种桥梁荷载检测装置，其特征在于，所述交通运输影响参数分析获得的过程包括：

通过上述公式分析计算获得交通运输影响参数C_Y；

其中，M为桥梁上通行的车辆类型数，j∈[1，M]，为桥梁上第j类型车辆的数量，ε^j为桥梁上第j类型车辆单辆重量的影响系数，/>为桥梁上第j类型车辆的平均速度，δ^j为桥梁上第j类型车辆单辆对应平均速度下的影响系数，β₁和β₂为交通影响因素的对应权重系数。

8.根据权利要求7所述的一种桥梁荷载检测装置，其特征在于，所述对桥梁荷载检测模块进行调节和控制的过程包括：

将环境影响参数C_sum与预设阈值区间[C₁，C₂]进行比对；

若C_sum＜C₁，不对桥梁荷载检测模块进行调节和控制，桥梁荷载检测模块呈预设时间间隔周期性对桥梁荷载状态进行检测；

若C_sum∈[C₁，C₂]，不对桥梁荷载检测模块进行控制，对其周期性对桥梁荷载检测的时间间隔进行调节；

若C_sum＞C₂，对桥梁荷载检测的时间间隔进行调节，并生成立即对桥梁荷载进行检测的信号。

9.根据权利要求8所述的一种桥梁荷载检测装置，其特征在于，所述桥梁荷载检测时间间隔调节的过程包括：

当C_sum≥C₁时，通过公式计算获得调节后的检测周期间隔W_s；

当C_sum＜C₁时，桥梁荷载检测模块检测时间周期间隔为W_sth；

其中，W_sth为预设桥梁荷载检测模块检测时间间隔，W_s≥W_E，W_E为预设桥梁荷载检测模块最短检测时间间隔。