CN204421957U - 一种桥梁结构健康状况监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种桥梁结构健康状况监测系统。其目的是为了提供一种结构简单、检测准确、成本低的桥梁监测系统。本实用新型包括多种传感器，墩台建造在水平路基上，墩台顶端并排设置有两个桥梁支座，两个桥梁支座顶端分别建造有沿水平方向延伸的第一横梁和第二横梁，第一横梁和第二横梁之间预留有伸缩缝，第一位移传感器沿水平方向设置在第一横梁和第二横梁之间，第二位移传感器设置在第二横梁与相应桥梁支座之间，桥梁支座内部开设有孔，应变传感器设置在孔内，第一倾角传感器安装在墩台顶端，第二倾角传感器安装在第二横梁底端，挠度传感器安装在墩台顶端，挠度测量点设置在第二横梁底端。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种桥梁结构，特别是涉及一种桥梁结构健康状况监测系统。
背景技术
随着高速公路和高速铁路的快速发展，我国建设了大量的高架桥梁，然而桥梁支座的安全性是桥梁技术中的重中之重，因此，对建成后的桥梁健康状况进行监测是确保桥梁安全稳固的必要措施。目前桥梁健康状况监测仅限于在桥梁外部简单的安装一两种传感器，通过传感器对桥梁的一些参数进行测量，从而确定桥梁的基本状况，由于这些传感器安装类型、安装方式和安装位置没有任何规范，传感器安装时通常会对结构体有一定的损伤，破坏桥梁原本的建造结构，并且这些传感器由于安装位置的问题很难全部起到应有的作用，给桥梁的安全使用埋下了很大的隐患，对人们的生命财产造成一定的威胁。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、监测准确的桥梁结构健康状况监测系统。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中，包括应变传感器、倾角传感器、挠度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第一倾角传感器和第二倾角传感器，第一倾角传感器和挠度传感器分别安装在被监测桥梁的墩台顶端，在墩台顶端并排设置的第一桥梁支座和第二桥梁支座顶部分别建造有沿水平方向延伸的第一横梁和第二横梁，第二倾角传感器和挠度测量点分别安装在第二横梁底端，第一位移传感器设置在第一横梁和第二横梁之间，第二位移传感器设置在第二横梁与第二桥梁支座之间，应变传感器设置在第二桥梁支座内部开设的孔内。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述被监测桥梁的墩台建造在水平路基上，被监测桥梁的第一横梁与第二横梁之间预留有伸缩缝，伸缩缝位于墩台顶端的中间位置。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述第一位移传感器在第一横梁和第二横梁之间沿水平方向设置，第一位移传感器的固定端安装在第二横梁上，第一位移传感器的测量端越过伸缩缝与第一横梁连接。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述第二位移传感器的固定端安装在第二横梁上，第二位移传感器的测量端与第二桥梁支座的侧壁连接。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述第二桥梁支座内部开设有三个孔，三个孔分别为横向孔、纵向孔和竖向孔，在横向孔、纵向孔和竖向孔内分别沿横向、纵向和竖向设置有应变传感器。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述应变传感器又包括第一屏蔽外壳、第二屏蔽外壳、磁场发生装置、磁感应装置和弹簧，第一屏蔽外壳内部和第二屏蔽外壳内部分别开设有第一空腔和第二空腔，第一屏蔽外壳底端和第二屏蔽外壳顶端分别设置有开口，第一屏蔽外壳的底端伸入到第二屏蔽外壳的第二空腔中，第一屏蔽外壳的外壁与第二屏蔽外壳的内壁相互接触，在第一空腔的顶端和第二空腔的底端分别设置有磁场发生装置和磁感应装置，磁场发生装置与磁感应装置之间设置有弹簧，弹簧的两端分别与磁场发生装置和磁感应装置连接，磁感应装置的信号输出端连接有信号线。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述第一屏蔽外壳和第二屏蔽外壳都为沿竖直方向设置的圆柱体形结构，第一屏蔽外壳横截面的外径小于第二屏蔽外壳横截面的内径。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述弹簧在磁场发生装置与磁感应装置之间沿竖直方向设置。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，其中所述第一屏蔽外壳和第二屏蔽外壳的材质都为坡莫合金，磁场发生装置的材质为钐钴合金，磁感应装置为霍尔芯片。
本实用新型一种带有自检测系统的我桥梁支座与现有技术不同之处在于：本实用新型结构简单、操作简便、成本低、监测准确。在第一横梁与第二横梁之间设置有第一位移传感器，可对第一横梁与第二横梁之间的位移变化进行测量，防止第一横梁与第二横梁之间的距离过大或者过小，对横梁造成损害；在第一横梁与桥梁支座之间设置有第二位移传感器，可对第一横梁与桥梁支座之间的位移变化进行测量，避免第一横梁与桥梁支座出现偏移较大的现象；在桥梁支座内部分别沿横向、纵向和竖向设置有应变传感器，通过应变传感器检测桥梁支座自身横向、纵向和竖向所受到的应力，避免桥梁支座所受应力过大对桥梁造成损害；在墩台与横梁之间分别设置有第一倾角传感器、第二倾角传感器和挠度传感器，分别对墩台与横梁之间的角度变化和位置变化进行测量，保证墩台与横梁之间的位置关系不会发生较大的偏移。各传感器安装位置合理，能够对桥体各部位的位置关系进行准确的测量，而且不会对桥体造成任何损害。另外，应变传感器采用新颖的设计，通过磁场的变换情况就可得到被测物体的应变，结构简单，体积小巧，便于对体积较小的材料进行测量，而且不会受到环境温度的影响。两个屏蔽外壳的材质都采用坡莫合金，能够有效的防止漏磁现象的出现，保持磁场的稳定性。磁场发生装置的材质为钐钴合金，在充磁后，磁场发生装置能够保持较长时间磁性恒定，从而保证磁场的稳定性。
下面结合附图对本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统的结构示意图；
图2为本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统中应变传感器的主视剖视图；
图3为本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统中应变传感器安装时的主视剖视图。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统的结构示意图，被监测的桥梁包括第一横梁10、第二横梁10’、第一桥梁支座12、第二桥梁支座12’和墩台11。在水平路基19上建造墩台11，墩台11顶端并排设置有圆柱形结构的第一桥梁支座12和第二桥梁支座12’，在第一桥梁支座12和第二桥梁支座12’的顶端分别建造有沿水平方向延伸的第一横梁10和第二横梁10’，第一横梁10和第二横梁10’的连接处预留有伸缩缝20，伸缩缝20位于墩台11顶端的中间位置。桥梁结构健康状况监测系统包括挠度传感器16、三个应变传感器15、两个位移传感器和两个倾角传感器。在第一横梁10和第二横梁10’之间沿水平方向设置有第一位移传感器13，第一位移传感器13的固定端安装在第二横梁10上，第一位移传感器13的测量端越过伸缩缝20与第一横梁10’连接，通过第一位移传感器13检测两横梁之间的水平位移。在第二横梁10’的底端设置有第二位移传感器14，第二位移传感器14的固定端安装在第二横梁10’上，第二位移传感器14的测量端与第二桥梁支座12’的侧壁连接，通过第二位移传感器14检测第二横梁10’与第二桥梁支座12’之间的位移。在第二桥梁支座12’内部开设有横向孔、纵向孔和竖向孔，在三个孔内分别沿横向、纵向和竖向设置有应变传感器15，通过三个方向不同的应变传感器15检测第二桥梁支座12’自身横向、纵向和竖向所受到的应力。倾角传感器又包括第一倾角传感器18和第二倾角传感器18’，第一倾角传感器18安装在墩台11顶端，第二倾角传感器18’安装在第二横梁10’底端，通过第一倾角传感器18和第二倾角传感器18’检测墩台11与横梁之间的角度变化和倾斜程度。在墩台11顶端的边缘位置还安装有挠度传感器16，在第二横梁10’底端设置有挠度测量点17，通过挠度传感器16对挠度测量点17进行测量，从而得到第二横梁10’的挠度，并可通过图像解析原理换算出桥梁的整体的挠度。
如图2所示，为本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统中应变传感器的主视剖视图，应变传感器15包括第一屏蔽外壳1、第二屏蔽外壳2、磁场发生装置3、磁感应装置5和弹簧7。第一屏蔽外壳1和第二屏蔽外壳2都为沿竖直方向设置的圆柱体形结构，第一屏蔽外壳1内部和第二屏蔽外壳2内部分别开设有第一空腔和第二空腔，在第一屏蔽外壳1的底端和第二屏蔽外壳2的顶端分别设置有开口，第一屏蔽外壳1横截面的外径小于第二屏蔽外壳2横截面的内径，第一屏蔽外壳1的底端穿过第二屏蔽外壳2顶端的开口并伸入到第二屏蔽外壳2内部，第一屏蔽外壳1的外壁与第二屏蔽外壳2的内壁之间相互接触。在第一空腔的顶端设置有磁场发生装置3，在第二空腔的底端设置有磁感应装置5，在磁场发生装置3与磁感应装置5之间沿竖直方向设置有弹簧7，弹簧7的一端与磁场发生装置3连接，弹簧7的另一端与磁感应装置5连接。磁感应装置5的信号输出端与信号线8的一端连接，信号线8的另一端穿过屏蔽外壳并伸到屏蔽外壳外部。第一屏蔽外壳1和第二屏蔽外壳2的材质都为坡莫合金，坡莫合金能够有效的防止漏磁现象的出现，保持磁场的稳定性。磁场发生装置3的材质为钐钴合金，钐钴合金在充磁后，能够保持良好的磁性。
本实用新型的一个实施例中，应变传感器15的磁感应装置5为霍尔芯片。
如图3所示，为本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统中应变传感器安装时的主视剖视图，根据被测物体9的结构对应变传感器中弹簧7的长度进行调整，从而调整应变传感器的高度。在进行应变测量时，可将应变传感器放入被测物体9的缝隙中，或者在被测物体9上开设大小适于应变传感器的孔，并将应变传感器放入孔中，两种放置方法都应保证应变传感器第一屏蔽外壳1的顶端和第二屏蔽外壳2的底端都与被测物体9接触。当被测物体9受力发生形变时，会对第一屏蔽外壳1的顶端和第二屏蔽外壳2的底端进行挤压，从而改变第一屏蔽外壳1和第二屏蔽外壳2之间空间的大小，第一屏蔽外壳1和第二屏蔽外壳2之间空间的改变会引起磁场发生装置3与磁感应装置5之间磁场的变化，磁感应装置5对磁场的变化进行检测，并通过信号线8以电压信号的形式对外输出。应变传感器高度的变化量与应变传感器未变形时高度的比值就为被测物体9的应变，被测物体9的应变与被测物体9的弹性模量的乘积就为被测物体9的应力。
本实用新型一种桥梁结构健康状况监测系统，在第一横梁10与第二横梁10’之间设置有第一位移传感器13，可对第一横梁10与第二横梁10’之间的位移变化进行测量，防止第一横梁10与第二横梁10’之间的距离过大或者过小，对横梁造成损害；在第一横梁10与桥梁支座12之间设置有第二位移传感器14，可对第一横梁10与桥梁支座12之间的位移变化进行测量，避免第一横梁10与桥梁支座12出现偏移较大的现象；在桥梁支座12内部分别沿横向、纵向和竖向设置有应变传感器15，通过应变传感器15检测桥梁支座12自身横向、纵向和竖向所受到的应力，避免桥梁支座12所受应力过大对桥梁造成损害；在墩台11与横梁之间分别设置有第一倾角传感器18、第二倾角传感器18’和挠度传感器16，分别对墩台11与横梁之间的角度变化和位置变化进行测量，保证墩台11与横梁之间的位置关系不会发生较大的偏移。各传感器安装位置合理，能够对桥体各部位的位置关系进行准确的测量，而且不会对桥体造成任何损害。另外，应变传感器15采用新颖的设计，通过磁场的变换情况就可得到被测物体9的应变，结构简单，体积小巧，便于对体积较小的材料进行测量，而且不会受到环境温度的影响。两个屏蔽外壳的材质都采用坡莫合金，能够有效的防止漏磁现象的出现，保持磁场的稳定性。磁场发生装置3的材质为钐钴合金，在充磁后，磁场发生装置3能够保持较长时间磁性恒定，从而保证磁场的稳定性。本实用新型结构简单、操作简便、成本低，与现有技术相比具有明显的优点。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：包括应变传感器(15)、倾角传感器、挠度传感器(16)、第一位移传感器(13)、第二位移传感器(14)、第一倾角传感器(18)和第二倾角传感器(18’)，第一倾角传感器(18)和挠度传感器(16)分别安装在被监测桥梁的墩台(11)顶端，在墩台(11)顶端并排设置的第一桥梁支座(12)和第二桥梁支座(12’)顶部分别建造有沿水平方向延伸的第一横梁(10)和第二横梁(10’)，第二倾角传感器(18’)和挠度测量点(17)分别安装在第二横梁(10’)底端，第一位移传感器(13)设置在第一横梁(10)和第二横梁(10’)之间，第二位移传感器(14)设置在第二横梁(10’)与第二桥梁支座(12’)之间，应变传感器(15)设置在第二桥梁支座(12’)内部开设的孔内。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述被监测桥梁的墩台(11)建造在水平路基上，被监测桥梁的第一横梁(10)与第二横梁(10’)之间预留有伸缩缝(20)，伸缩缝(20)位于墩台(11)顶端的中间位置。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述第一位移传感器(13)在第一横梁(10)和第二横梁(10’)之间沿水平方向设置，第一位移传感器(13)的固定端安装在第二横梁(10’)上，第一位移传感器(13)的测量端越过伸缩缝(20)与第一横梁(10)连接。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述第二位移传感器(14)的固定端安装在第二横梁(10’)上，第二位移传感器(14)的测量端与第二桥梁支座(12’)的侧壁连接。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述第二桥梁支座(12’)内部开设有三个孔，三个孔分别为横向孔、纵向孔和竖向孔，在横向孔、纵向孔和竖向孔内分别沿横向、纵向和竖向设置有应变传感器(15)。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述应变传感器(15)又包括第一屏蔽外壳(1)、第二屏蔽外壳(2)、磁场发生装置(3)、磁感应装置(5)和弹簧(7)，第一屏蔽外壳(1)内部和第二屏蔽外壳(2)内部分别开设有第一空腔和第二空腔，第一屏蔽外壳(1)底端和第二屏蔽外壳(2)顶端分别设置有开口，第一屏蔽外壳(1)的底端伸入到第二屏蔽外壳(2)的第二空腔中，第一屏蔽外壳(1)的外壁与第二屏蔽外壳(2)的内壁相互接触，在第一空腔的顶端和第二空腔的底端分别设置有磁场发生装置(3)和磁感应装置(5)，磁场发生装置(3)与磁感应装置(5)之间设置有弹簧(7)，弹簧(7)的两端分别与磁场发生装置(3)和磁感应装置(5)连接，磁感应装置(5)的信号输出端连接有信号线(8)。
7.根据权利要求6所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述第一屏蔽外壳(1)和第二屏蔽外壳(2)都为沿竖直方向设置的圆柱体形结构，第一屏蔽外壳(1)横截面的外径小于第二屏蔽外壳(2)横截面的内径。
8.根据权利要求6所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述弹簧(7)在磁场发生装置(3)与磁感应装置(5)之间沿竖直方向设置。
9.根据权利要求6所述的一种桥梁结构健康状况监测系统，其特征在于：所述第一屏蔽外壳(1)和第二屏蔽外壳(2)的材质都为坡莫合金，磁场发生装置(3)的材质为钐钴合金，磁感应装置(5)为霍尔芯片。
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Inventor after: Guo Yong Inventor before: Han Binghu |
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Effective date of registration: 20170306 Address after: 053000 Hengshui city of Hebei province north industrial base rubber Taocheng District No. 1 Hengshui Road, China Railway Construction Engineering Rubber Co Ltd Patentee after: Guo Yong Address before: 100040 Beijing city Shijingshan District Babao Shan Nan Lu Chong Xing Jia Yuan Building 4 402-39 Patentee before: Access to the sea of Beijing measurement and Control Technology Co., Ltd. |
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Effective date of registration: 20170814 Address after: 053000 Hengshui city of Hebei Province North Taocheng District industrial base rubber road No. 1 Patentee after: HEBEI TONGCHUANG TRAFFIC ENGINEERING MATCHING PRODUCT INDUSTRY TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 053000 Hengshui city of Hebei province north industrial base rubber Taocheng District No. 1 Hengshui Road, China Railway Construction Engineering Rubber Co Ltd Patentee before: Guo Yong |