CN201413139Y - 大型建筑物结构状态实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型建筑物结构状态实时监测系统，包括连续布设在大型建筑物相关被测试部件上且实时对所述被测试部件的倾斜角度进行检测的多个倾角测试仪、对多个倾角测试仪所检测数据进行分析处理并存储的后台信息管理系统，和将多个倾角测试仪所检测数据进行分组并汇合后传输至后台信息管理系统的数据传输装置；多个倾角测试仪、数据传输装置和后台信息管理系统共同组成分布式现场总线监测系统；数据传输装置与倾角测试仪和后台信息管理系统之间均通过有线或无线方式进行连接。本实用新型设计合理、实际操作简便且检测精度高，能有效解决多种大型建筑物结构状态的实时监测问题。

Description

大型建筑物结构状态实时监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种安全防护装置，尤其是涉及一种大型建筑物结构状态实时监测系统。

背景技术

大型建筑物如高层建筑、大型桥梁及其支撑柱等，其主体构件的水平度对于上述大型建筑物的安全运行至关重要。现如今，对上述大型建筑物主体构件的水平度进行检测的方法通常都是定期派人用仪器测量，反应速度慢，无法应对复杂多变的现场环境。

以下以高速铁路用高架线路结构为例进行说明，目前高速铁路的运行速度达到250km/h以上，因而对线路精度提出很高的要求。实际运作过程中，为保证高速铁路安全运行，不但要在建设竣工时保证工程质量，如何在长期营运过程中及时发现线路状态的变化并恢复正常也是必不可少的环节。

此处将高架线路以梁体顶面为界分为上下两部分，其上段部分包含减振元件、功能件(如钢轨、扣件等)；下段部分包含桥墩、梁体和支座。实际使用过程中，上段部分引起的线路状态变化的构成是比较有规律和缓慢渐变的，这种变化比较容易通过线路巡检和定期更换予以发现并及时处理。

相对地，下段部分引起的线路状态变化的构成则往往是没有一定规律的，有些状况发展很快甚至是突发性的，由于位置因素和异常现象的隐蔽性，这部分线路状态变化在常规的巡检中很难发现，所以可能对行车安全造成的隐患较大。下段部分常见的故障现象有：1、相邻桥墩的不均匀沉降，造成线路的纵向起伏，现象较轻时影响行车速度，严重时将危机到行车安全。2、个体桥墩的不垂直沉降，造成线路的横向波度变动和线路扭曲，不但影响行车速度和行车安全，也将加速下段部分的自身状态的变化和失效。3、支座损坏、连接松动或橡胶件失效变形，造成梁不稳定支撑和侧摆，造成行车时梁的震动和梁不可自动恢复的横向位移。4、梁体的微观裂纹，在动载作用下显示，造成梁体在动载下出现过大的弹性变形，可能影响行车平稳，长期作用有可能引起梁断裂失效。

综上，高速铁路的高架线路使用中，其结构状态会发生很多的变化，有的是无害的变化有的是有害的，比如全线的均匀沉降不会影响运行，但是各个桥墩的不均匀沉降则是十分有害的。综合各种有害状态的变化，绝大部分可以通过个体构件相对于水平面的坡度变化来充分描述。因而，以线路建设调整完成后的状态为基准，检测各种状态参数相对于基准的变化量，并以此则能进一步分析出线路相关部分的当前状态是否正常。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大型建筑物结构状态实时监测系统，其设计合理、实际操作简便且检测精度高，能有效解决多种大型建筑物结构状态的实时监测问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：包括连续布设在大型建筑物相关被测试部件上且实时对所述被测试部件的倾斜角度进行检测的多个倾角测试仪、对多个倾角测试仪所检测数据进行分析处理并存储的后台信息管理系统和将多个倾角测试仪所检测数据进行分组并汇合后传输至后台信息管理系统的数据传输装置；所述多个倾角测试仪、数据传输装置和后台信息管理系统共同组成分布式现场总线监测系统；

所述数据传输装置与倾角测试仪和所述后台信息管理系统之间均通过有线或无线方式进行连接。

所述倾角测试仪和数据传输装置之间以CAN BUS总线通讯方式进行数据传输。

所述数据传输装置和所述后台信息管理系统之间通过局域网进行数据传输；所述数据传输装置为附带有完成CAN BUS和LAN两种网络协议间格式转换的网关功能的数据处理器。

所述倾角测试仪包括分别对空间X轴和Y轴方向上的倾斜角度进行同步测量的组合式液态基准传感器、对组合式液态基准传感器所检测的两路信号分别进行放大处理的适调放大器和与适调放大器相接的A/D转换器，以及将组合式液态基准传感器所检测的两路信号合成为具有倾斜方向和倾斜角度数值的矢量信号的信号处理器；所述信号处理器与A/D转换器相接，适调放大器与组合式液态基准传感器相接；所述组合式液态基准传感器、适调放大器、A/D转换器和信号处理器均封装在一外部壳体内。

所述后台信息管理系统为一级管理系统，或通过局域网相互进行通讯的多级管理管理系统。

所述数据传输装置为DSP处理器。

所述信号处理器为DSP处理器。

所述倾角测试仪还包括与信号处理器相接的无线网络通信模块。

所述倾角测试仪还包括与信号处理器相接且相应进行数据读取、显示和参数设置的手持式数字终端，所述外部壳体上设置有供手持式数字终端插装的安装口。

所述外部壳体的封装等级为IP65等级。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点；1、设计合理且安装、使用操作方便，通过多个倾角测量装置对被测量大型建筑物的结构状态进行实时监测，并将所监测现场信息通过宽带网络同步传送到各级管理终端进行及时处理。2、检测精度高且使用效果好，具体采用连续的实时检测分析方法和状态参数相对变动测量方法，能有效解决多种大型建筑物结构状态的实时监测问题。以高速铁路用高架线路结构(简称“高架线路”)为例，本实用新型以下诸多故障现象进行实时监测：第一、相邻桥墩的不均匀沉降，在梁体上安装倾角测试仪相应对梁体的纵向坡度变化进行直接测量，且相应通过分析计算后即可得出单组相邻桥墩的不均匀沉降量。实际监测时，本实用新型采用多个倾角测试仪对高架线路所有梁的纵坡度变化量进行连续测量，并以高架线路的起始点标高为基点，则能推算出全线路桥墩的标高，并能相应绘制出高架线路的竖向曲线，为行车调度提供车速依据，同时由于测量是连续进行的，因而所记录的数据也可以用来预测未来线路状态。第二、桥墩的侧斜(单体不垂直沉降)，本实用新型通过多个倾角测试仪连续测量线路所有梁体的横向坡度变化量，即可得出全线路实际中心曲线，为行车调度提供车速依据，同时由于测量是连续进行的，记录数据也可以用来预测未来线路状态。具体测量时，本实用新型的坡度检测基准采用大地水平基准，标高利用以高架线路的起始点标高为基点，通过坡度变动检测数值以递推方法进行分析计算；并且坡度检测沿线路纵横两正交方向独立进行，检测分辨率0.01％，检测准确度0.033％。以上精度可以检测到单孔33m梁体梁端1.0mm的高度变化，此精度能够满足梁体状态的监测需求。第三、支座损坏、连接松动或橡胶件失效变形，本实用新型采用多个倾角测试仪动态测量高架线路所有梁体的纵向和横向坡度变化，相应用测量信号的动态能量分析支座组件损坏程度，用测量信号的动态强度矢量分析故障支座的部位。第四、梁体的横向微观裂纹，本实用新型用多个倾角测试仪以差分方式测量梁体两端在动载条件下的纵向坡度变化，进而计算裂纹引起的变形和裂纹的部位。第五、梁体“摇头”(或称为“侧摆”)，此故障现象容易造成高架线路梁体一端相对于线路中心的水平位移，本实用新型用多个倾角测试仪集成的位移测量装置，直接测量梁体端头相对于桥墩的横向位移，并且连续检测梁体端头在动载状态和静载状态下的位移，即可分析出永久性侧摆和动态侧摆的状态，同时由于测量是连续进行的，记录数据也可以用来预测未来线路状态。具体测量梁体端头横摆时，以桥墩上端为基准，直接测量二者的相对位移，检测连续进行，分别测量位移的动态参数和静态参数，也就是说，位移检测沿线路横向进行，检测分辨率0.033mm，检测准确度0.1mm。这个精度应当可以根据梁体状态监测的要求提高一个量级。另外，利用坡度检测的动态信息可以分析出列车行驶的实际速度和列车所在的具体位置；并对上段部分出现的异常状态给出定性的信息，同时给出异常状态发生的位置；而利用坡度检测的动态信息能对自然灾害(如地震，水灾等)造成的突发性线路损毁进行分析，并作出实时报警，同时报告线路损毁的范围和位置。3、适用范围广，本实用新型能有效推广适用在公路桥梁的状态监测，特别是大型斜拉桥的梁体位置监测；高层建筑的状态监测，监测建筑的不均匀沉降(倾斜)和风载摆动；大型设备的基础状态监测，监测基础的不均匀沉降和动载稳定性；水利设施的状态监测，监测大坝的不均匀沉降和动载稳定性；输电塔架的状态监测，监测塔架的不均倾斜和风载稳定性等多种与大地水平基准相关对象的实时监测中。综上所述，本实用新型设计合理、实际操作简便且检测精度高，能有效解决各种大型建筑物结构状态的实时监测问题。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型倾角测试仪的电路原理框图。

附图标记说明：

1-组合式液态基准传感器； 2-适调放大器；   3-A/D转换器；

4-信号处理器；           5-无线网络通信   6-手持式数字终端；

                         模块；

7-倾角测试仪；           8-数据传输装置； 11-第一级管理管理系

                         统；

12-第一级管理管理系统。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括连续布设在大型建筑物相关被测试部件上且实时对所述被测试部件的倾斜角度进行检测的多个倾角测试仪7、对多个倾角测试仪7所检测数据进行分析处理并存储的后台信息管理系统，和将多个倾角测试仪7所检测数据进行分组并汇合后传输至后台信息管理系统的数据传输装置8。所述多个倾角测试仪7、数据传输装置8和后台信息管理系统共同组成分布式现场总线监测系统。所述数据传输装置8与倾角测试仪7和后台信息管理系统之间均通过有线或无线方式进行连接。所述数据传输装置8为DSP处理器。所述后台信息管理系统为一级管理系统，或通过局域网相互进行通讯的多级管理管理系统。本实施例中，所述后台信息管理系统包括通过局域网即LAN网相互进行通讯的两级管理管理系统(包括第一级管理管理系统10和第二级管理管理系统11)。

本实施例中，所述倾角测试仪7和数据传输装置8之间以CAN BUS总线通讯方式进行数据传输，所述数据传输装置8和后台信息管理系统之间通过局域网进行数据传输。所述数据传输装置8为附带有完成CAN BUS和LAN两种网络协议间格式转换的网关功能的数据处理器。

结合图2，所述倾角测试仪7包括分别对空间X轴和Y轴方向上的倾斜角度进行同步测量的组合式液态基准传感器1、对组合式液态基准传感器1所检测的两路信号分别进行放大处理的适调放大器2、与适调放大器2相接的A/D转换器3，和将组合式液态基准传感器1所检测的两路信号合成为具有倾斜方向和倾斜角度数值的矢量信号的信号处理器4。所述信号处理器4与A/D转换器3相接，适调放大器2与组合式液态基准传感器1相接。所述组合式液态基准传感器1、适调放大器2、A/D转换器3和信号处理器4均封装在一外部壳体内。所述信号处理器4为DSP处理器。

所述倾角测试仪7还包括与信号处理器4相接的无线网络通信模块5，以及与信号处理器4相接且相应进行数据读取、显示和参数设置的手持式数字终端6，所述外部壳体上设置有供手持式数字终端6插装的安装口。所述外部壳体的封装等级为IP65等级。

本实施例中，所述大型建筑物为高架高速铁路用高架线路，相关被测试部件测量仪为高架线路梁体，实际安装时，只需直接将所述多个倾角测试仪7连续固定在梁体内腔的顶部即可，每段被测试梁布置两个倾角测试仪7，两个倾角测试仪7分别安装在每段梁梁体的两端。按照每一孔梁33m计算，一公里线路需要安装60个倾角测试仪7，两公里线路安装一套数据传输装置8，即一套数据传输装置8对应120个倾角测量装置7。实际监测时，根据具体测试需求，相应布设一套或多套数据传输装置8。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：包括连续布设在大型建筑物相关被测试部件上且实时对所述被测试部件的倾斜角度进行检测的多个倾角测试仪(7)、对多个倾角测试仪(7)所检测数据进行分析处理并存储的后台信息管理系统和将多个倾角测试仪(7)所检测数据进行分组并汇合后传输至后台信息管理系统的数据传输装置(8)；所述多个倾角测试仪(7)、数据传输装置(8)和后台信息管理系统共同组成分布式现场总线监测系统；

所述数据传输装置(8)与倾角测试仪(7)和所述后台信息管理系统之间均通过有线或无线方式进行连接。

2.按照权利要求1所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述倾角测试仪(7)和数据传输装置(8)之间以CAN BUS总线通讯方式进行数据传输。

3.按照权利要求2所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述数据传输装置(8)和所述后台信息管理系统之间通过局域网进行数据传输；所述数据传输装置(8)为附带有完成CAN BUS和LAN两种网络协议间格式转换的网关功能的数据处理器。

4.按照权利要求1、2或3所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述倾角测试仪(7)包括分别对空间X轴和Y轴方向上的倾斜角度进行同步测量的组合式液态基准传感器(1)、对组合式液态基准传感器(1)所检测的两路信号分别进行放大处理的适调放大器(2)和与适调放大器(2)相接的A/D转换器(3)，以及将组合式液态基准传感器(1)所检测的两路信号合成为具有倾斜方向和倾斜角度数值的矢量信号的信号处理器(4)；所述信号处理器(4)与A/D转换器(3)相接，适调放大器(2)与组合式液态基准传感器(1)相接；所述组合式液态基准传感器(1)、适调放大器(2)、A/D转换器(3)和信号处理器(4)均封装在一外部壳体内。

5.按照权利要求1、2或3所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述后台信息管理系统为一级管理系统，或通过局域网相互进行通讯的多级管理管理系统。

6.按照权利要求3所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述数据传输装置(8)为DSP处理器。

7.按照权利要求4所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述信号处理器(4)为DSP处理器。

8.按照权利要求4所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述倾角测试仪(7)还包括与信号处理器(4)相接的无线网络通信模块(5)。

9.按照权利要求4所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述倾角测试仪(7)还包括与信号处理器(4)相接且相应进行数据读取、显示和参数设置的手持式数字终端(6)，所述外部壳体上设置有供手持式数字终端(6)插装的安装口。

10.按照权利要求4所述的大型建筑物结构状态实时监测系统，其特征在于：所述外部壳体的封装等级为IP65等级。

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