CN204142505U - 公路桥梁监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种公路桥梁监测预警系统，包括桥梁监测数据自动采集系统、桥梁交通荷载监测系统，无线通信转换装置和监控主机，所述桥梁监测数据自动采集系统与无线通信转换装置连接，所述无线通信转换装置通过无线传输网络与监控主机连接，所述桥梁交通荷载监测系统包括石英晶体传感器、电荷放大器、车辆分离器和数据采集控制器，所述石英晶体传感器与电荷放大器连接，所述电荷放大器和车辆分离器分别与数据采集控制器连接，所述数据采集控制器与监控主机连接；能对大桥在运营全过程进行合理、有效的监控及养护管理，为行车安全和结构安全提供双重保障体系，从根本上消除隐患及避免灾难性事故的发生。

Description

公路桥梁监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种公路桥梁监测预警系统，属于预警技术领域。

背景技术

大型桥梁的生命过程一般包括规划与论证、设计、施工、运营管理以及养护维修等几个阶段，以往人们往往主要只关注设计与施工阶段，由于投资巨大、重要性突出，大型桥梁的总体规划也日益受到重视。虽然合理、保守的设计是结构安全的根本保证，但是由于气候、环境等自然因素的作用和日益增加的交通流量及重车、超限超载车过桥数量的不断增加，大跨度桥梁结构随着桥龄的不断增长，结构的安全性和使用性能必然发生退化，人们难以进行预测与控制，为了确保大型复杂结构特别是大型桥梁的使用安全与耐久性，时时了解其健康状况是非常重要的，成桥后的结构状态识别和桥梁运营过程中的损伤检测，超载车辆动态预警及适时维修，有助于从根本上消除隐患及避免灾难性事故的发生。

我国许多重要的大型桥梁都没有建立保证安全性和耐久性的维护系统。由于缺乏大桥结构整体性的安全监测系统，对结构状态的任何异常不能及时发现，以做出相应的防患措施。大型桥梁在建成后，缺乏科学监测与管理对桥梁状态的影响日益突出，目前，国内外许多桥梁都存在不同程度的隐患，一些城市已发生大桥严重的质量事故，造成很大的经济损失和不良的社会影响。

长期以来，人们对于大跨度桥梁的安全检测一直以人工方法为主。传统的以人工为主的桥梁检测对于大跨度桥梁而言存在以下几点不足：

（一）工作效率低；桥梁的检查主要是由技术人员到桥梁现场定期检查，查看一座桥梁需花费一个人半天或一天的时间，工作效率低，不适合现代大量桥梁养护护理的要求。

（二）准确性差；目前现有桥梁评估体系主要有交通部公路科学研究开发的中国公路桥梁管理系统（China Bridge Management System），该系统在我国的公路桥梁养护管理上得到了广泛的应用，但是其桥况数据基本上以人工采集为主，需通过检查人员到桥梁现场进行目视检查获得外部现状，通过各种外部特征来综合判断桥梁状况。由于技术人员用肉眼检查桥梁的现状，工作中存在随意性，在桥梁病害尺度的把握上存在着人为差别，而对于肉眼无法看出的危险情况则又无法准确的把握，使得通过该系统的评价结论的准确性较差。

（三）养护费用高；桥梁养护的经费主要用于桥梁的加固、改造，由于缺乏预防性养护的投入，在对局部质量严重退化的结构进行维修更新时，由于目前的检测技术不能对结构各构件的损伤状况作出准确客观的评估，因此，常常不得不过于保守地对"可能"问题的部件全部更新，造成很大的材料浪费和经济损失，造成"出现大病后花大钱治"的现状。

（四）安全性低；由于桥梁的数量巨大，而技术人员和设备的有限，导致无法对运营中的所有（或大部分）桥梁进行有效的桥况评估，时常遗漏一些危桥的重要信息而发生车毁人亡的事故。

（五）影响正常营运；检查时经常需要封闭交通，对桥梁的正常运营及交通会产生较大的影响，导致因频繁大修而关闭交通所引起的重大经济损失。

（六）时效性差；检查一般按计划进行，不能及时地对突发事件进行实时监测。 

（七）超载动态监测不足；超过承载能力运营的桥梁会因病害的出现，而使承载能力降低，而在重载作用下，承载能力降低会进一步加重桥梁结构的破坏。随着我国经济的飞速发展，近年来公路运输超载现象变得日趋严重。超载不但使得公路桥梁的使用寿命大大降低，而且在其使用年限内的安全性也大大降低，超载车辆由于其车轴重的成倍增加，对桥梁行车道板的损害非常大，最后会影响车辆顺利通行。

由于超载的影响可能开始时仅仅为内部损伤，不是马上可以显现出来，所以目前，国内桥梁健康检测很少将超载车辆动态监测预警纳入整个检测系统，但随着近年来国内接连发生的桥梁塌陷事件的发生，一些地方如长春、成都、上海、广东等地开始设立超载车辆动态监测预警系统，禁止超载车辆上桥。

因此，如果能对桥梁的进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，在灾难来临之前给出预警，将会大大减少惨剧的发生。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种公路桥梁监测预警系统，能对大桥在运营全过程进行合理、有效的监控及养护管理，为行车安全和结构安全提供双重保障体系，从根本上消除隐患及避免灾难性事故的发生。

技术方案：本实用新型所述的一种公路桥梁监测预警系统，包括桥梁监测数据自动采集系统、桥梁交通荷载监测系统、无线通信转换装置和监控主机，所述桥梁监测数据自动采集系统与无线通信转换装置连接，所述无线通信转换装置通过无线传输网络与监控主机连接，所述桥梁交通荷载监测系统包括石英晶体传感器、电荷放大器、车辆分离器和数据采集控制器，所述石英晶体传感器与电荷放大器连接，所述电荷放大器和车辆分离器分别与数据采集控制器连接，所述数据采集控制器与监控主机连接；

所述桥梁监测数据自动采集系统由如下几个部分构成：

用于桥梁梁体的动态挠度监测的第一无线应变式传感器，所述第一无线应变式传感器设置于挠度值反应比较明显的梁体断面处；应变式传感器进行应变测量，实际上是利用挠度与外荷载间的关系，推导出梁在相应外荷载作用下的挠度。动态挠度主要用于测量桥梁各测点在行车试验中的形变情况，分析车辆以不同车速的加载工况运行时测量的应变时程曲线，得到桥梁的实际受力位置，直接反映桥梁结构形变是否超出危险范围，辅助分析桥梁的振动状况。

用于桥梁梁体的静态应力应变监测的第二无线应变式传感器，所述第二无线应变式传感器设置于各段梁体的中间部位，以反映桥梁结构的变形和应力。

用于桥梁梁体振动水平监测的第一无线振动传感器，所述第一无线振动传感器竖直设置于桥梁梁体上；反映桥梁的安全运营状态，其关系到整座大桥的安全。

用于桥梁缆索体系索力监测的第二无线振动传感器，所述第二无线振动传感器固定于桥梁缆索上，可直接反映桥梁缆索结构受力状态的变化。

用于桥梁关键构件（例如桥面和斜拉索）温度监测的无线温湿度传感器，所述无线温湿度传感器设置于桥梁的关键构件上，对环境温湿度和结构温度进行连续监测，结构温度主要包括桥面铺装、箱梁梁体、索塔、斜拉索的内部温度。

用于桥梁上风速风向监测的无线风速风向传感器，所述无线风速风向传感器设置于桥梁风速风向监测点（例如斜拉索塔顶和桥面）上，掌握桥梁附近风荷载的特性，防止桥梁结构应力疲劳。

作为优先：

所述第一无线应变式传感器采用SG402无线应变传感器，其为四通道无线传感节点搭配桥路式位移传感器，内置高精度500Ω桥路电阻和放大调理电路，每个通道最高采样率可达到1ksps，支持电压激励和电流激励两种测量方法。

所述第二无线应变式传感器采用SG802无线应变传感器，其内置八通道无线传感节点，每通道最高采样率可达到80sps。

所述第一无线振动传感器与第二无线振动传感器均采用A104无线加速度传感器；其使用简单方便，极大地节约了测试中由于反复布设有线数据采集设备而消耗的人力和物力，广泛应用于振动加速度数据采集和工业设备在线监测。且结构紧凑，体积小巧，由电源模块、采集处理模块、无线收发模块组成，内置加速度传感器，封装在PPS塑料外壳内。节点的最高采样率可设置为4KHz，每个通道均设有抗混叠低通滤波器。采集的数据既可以实时无线传输至计算机，也可以存储在节点内置的2M数据存储器内，保证了采集数据的准确性。节点的空中传输速率可以达到250Kbps，有效室外通讯距离可达300m。

所述无线温湿度传感器采用HT202无线温湿度传感器，温度测量范围：-40~+123.8℃；湿度测量范围：0~100%RH。

所述无线风速风向传感器采用WSD202无线风速风向传感器；其结构紧凑，体积小巧，由电源模块、采集处理模块、无线收发模块组成，封装在Ryton PPS塑料外壳内。节点采集的数据既可以实时无线传输至计算机，也可以存储在节点内置的1GB 数据存储器，保证了采集数据的准确性。空中传输速率可以达到250KBPS，有效室外通讯距离可达100m。同时设计有专门的电源管理软硬件，使用内置的可充电电池。

进一步完善上述技术方案：还包括预警装置，所述预警装置与监控主机连接，所述预警装置包括移动终端和电子显示屏。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是： 

（1）及时把握桥梁结构运营阶段的工作状态，识别结构损伤以及评定结构的安全、可靠性与耐久性。

（2）为运营、维护、管理提供决策依据，可以使得既有桥梁的技术改造决策更加科学、改造技术方案的设计更加合理、经济。

（3）实现超载车辆动态监测，禁止超载及超过桥梁限载的车辆通过桥梁，并将其他车辆车型、重量、速度等数据结合桥梁结构检测对桥梁健康状况进行综合分析，为桥梁安全提供更加完善的检测手段。

（4）验证桥梁设计建造理论与方法，完善相关设计施工技术规程，提高桥梁设计水平和安全可靠度，保障结构的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面对结合附图本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：一种桥梁健康监测预警系统，包括桥梁监测数据自动采集系统、桥梁交通荷载监测系统、无线通信转换装置、预警装置和监控主机，所述桥梁监测数据自动采集系统与无线通信转换装置连接，所述无线通信转换装置通过GPRS/3G无线传输网络与监控主机连接，所述桥梁交通荷载监测系统包括石英晶体传感器、电荷放大器、车辆分离器和数据采集控制器，所述石英晶体传感器与电荷放大器连接，所述电荷放大器和车辆分离器分别与数据采集控制器连接，所述数据采集控制器与监控主机连接，所述预警装置与监控主机连接，所述预警装置包括移动终端和电子显示屏。

所述桥梁监测数据自动采集系统由如下几个部分构成：

用于桥梁梁体的动态挠度监测的SG402无线应变传感器，设置于挠度值反应比较明显的梁体断面处。

用于桥梁梁体的静态应力应变监测的SG802无线应变传感器，设置于各段梁体的中间部位。

用于桥梁梁体振动水平监测的A104无线加速度传感器，竖直设置于桥梁梁体上。

用于桥梁缆索体系索力监测的A104无线加速度传感器，固定于桥梁缆索上。

用于桥梁关键构件温度监测的HT202无线温湿度传感器，设置于桥梁的关键构件上，对环境温湿度和结构温度进行连续监测，结构温度主要包括桥面铺装、箱梁梁体、索塔、斜拉索的内部温度。

用于桥梁上风速风向监测的WSD202无线风速风向传感器，设置于桥梁风速风向监测点（例如斜拉索塔顶和桥面）上，掌握桥梁附近风荷载的特性，防止桥梁结构应力疲劳。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：包括桥梁监测数据自动采集系统、桥梁交通荷载监测系统，无线通信转换装置和监控主机，所述桥梁监测数据自动采集系统与无线通信转换装置连接，所述无线通信转换装置通过无线传输网络与监控主机连接，所述桥梁交通荷载监测系统包括石英晶体传感器、电荷放大器、车辆分离器和数据采集控制器，所述石英晶体传感器与电荷放大器连接，所述电荷放大器和车辆分离器分别与数据采集控制器连接，所述数据采集控制器与监控主机连接；

所述桥梁监测数据自动采集系统由如下几个部分构成：

用于桥梁梁体的动态挠度监测的第一无线应变式传感器；

用于桥梁梁体的静态应力应变监测的第二无线应变式传感器；

用于桥梁梁体振动水平监测的第一无线振动传感器；

用于桥梁缆索体系索力监测的第二无线振动传感器；

用于桥梁关键构件温度监测的无线温湿度传感器；

用于桥梁上风速风向监测的无线风速风向传感器。

2.根据权利要求1所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：所述第一无线应变式传感器采用SG402无线应变传感器。

3.根据权利要求1所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：所述第二无线应变式传感器采用SG802无线应变传感器。

4.根据权利要求1所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：所述第一无线振动传感器与第二无线振动传感器均采用A104无线加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：所述无线温湿度传感器采用HT202无线温湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：所述无线风速风向传感器采用WSD202无线风速风向传感器。

7.根据权利要求1所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：还包括预警装置，所述预警装置与监控主机连接。

8.根据权利要求7所述的一种公路桥梁监测预警系统，其特征在于：所述预警装置包括移动终端和电子显示屏。