[發明專利]一種基于布拉格光柵傳感器的按鈕式橋墩沖刷監測裝置

有效

• 申請號: 201210566234.3
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103017675A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 熊文;葉見曙
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01B11/22
• 分類號: G01B11/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種橋墩沖刷監測裝置，具體來說，涉及一種基于布拉格光柵（布拉格光柵的英文全稱：fiber?Bragg?grating,文中簡稱：FBG）傳感器的按鈕式橋墩沖刷監測裝置，該監測裝置尤其適用于對洪水多發地區的長期實時監測、全過程沖刷回填記錄以及較好耐久性能的監測。

背景技術

橋梁基礎結構的沖刷病害是當今橋梁結構功能失效、喪失其安全性能的最主要原因之一。以美國為例，從1966年至2005年，全美倒塌橋梁中(1502座)58%的破壞橋梁與橋梁基礎結構的沖刷病害相關，美國交通部已將橋梁基礎沖刷看作是高速公路橋梁結構功能及安全性能失效的最常見原因之一。據美國交通安全委員會統計，每年用于修復及彌補遭受基礎沖刷病害橋梁的費用平均高達三千萬美元。

我國近期也頻頻出現因橋梁基礎沖刷導致結構倒塌現象。例如，2010年四川省華陽市通濟橋因洪水將橋墩基底掏空直接導致一個橋墩和相鄰橋拱發生垮塌；2009年黑龍江省鐵力市西大橋因3號墩基底局部被水沖刷脫空而發生橋體垮塌事故。事實上，中國內陸江河湖泊豐富而同時海岸線遼闊，存在大量跨江跨河橋梁以及海灣橋梁，在洪水或颶風期間均可能受到頻繁的洪水作用而導致嚴重的基礎沖刷病害，由于沖刷發生于水面以下，橋梁基礎被沖刷破壞通常沒有任何征兆，嚴重危及橋梁結構的安全性能以及交通公路網絡的順利運營。

顯然，對橋梁基礎沖刷深度進行準確實地監測是避免橋梁基礎沖刷災難發生的重要途徑。事實上，目前已開發出多種橋墩沖刷監測裝置（例如基于雷達、聲納技術），但均難以實現有效的長期實時監測，監控時期容易受到惡劣天氣影響且監測裝置本身耐久性不高，更無法觀測到沖刷包括沖刷后河床回填的整個全過程，且容易被河流中雜物干擾，結果不穩定，另外在洪水期間也無法實施監測，故多用于臨時性的沖刷監測使用，無法采集到長期監測數據對橋墩沖刷深度進行跟蹤以及合理預判。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于布拉格光柵傳感器的按鈕式橋墩沖刷監測裝置，該監測裝置可以長期實時監測沖刷回填全過程，并且監測數據準確，使用壽命長。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于布拉格光柵傳感器的按鈕式橋墩沖刷監測裝置，該監測裝置包括壁面上設有通孔的套筒、位于套筒外側的傳感器數據收集器和位于套筒內腔中的監測單元；每個監測單元包括按鈕、FBG傳感器、連接板和底板，底板固定連接在套筒的內壁上，連接板固定連接在底板的頂面，按鈕一端固定連接在連接板上，按鈕另一端穿過套筒壁面上的通孔，FBG傳感器固定連接在連接板上；套筒呈密封狀態；所述的監測單元至少為兩個，監測單元沿套筒的軸向布置，且每個監測單元的FBG傳感器通過同一根光纖線串聯，并連接到傳感器數據收集器的信號輸入端。

進一步，所述的每個監測單元還包括防護構件，該防護構件包括彈簧和擋板，彈簧一端固定連接在套筒的內壁上，彈簧另一端與擋板固定連接，擋板與連接板的上部相對。

進一步，所述的基于布拉格光柵傳感器的按鈕式橋墩沖刷監測裝置，還包括隔擋板，隔擋板固定連接在套筒的外壁上，且套筒的通孔位于隔擋板中。

有益效果：與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果：

（1）可以長期實時監測沖刷回填全過程，并且監測數據準確。本發明的監測裝置，通過不斷露出河床的按鈕，以及按鈕被水流按下而產生讀數的FBG傳感器位置，來實時監測橋墩沖刷深度的目的。這樣可實現長期監測沖刷，包括河床回填的整個全過程。同時，本發明的監測裝置利用單根光纖線將所有FBG傳感器串聯連接，利用FBG傳感器來獲取和傳遞信息，可以提高數據的準確性和穩定性。通過本監測裝置獲取的大量長期監測數據，可以被用來進行橋墩沖刷深度發展趨勢預測。

（2）監測不受外部環境影響。本發明的監測裝置包括套管和按鈕，套筒的頂端開口采用密封結構，例如用混凝土澆筑密封，防止水或雜物進入套筒。按鈕的外側設有密封橡膠套。密封橡膠套可以防止水或雜物從套筒和按鈕之間進入套筒。也就是說，密封橡膠套起到了密封套筒的作用。這樣，安裝在河床中的套管，呈密封狀態，不易被外界因素，如水中雜物、石塊、流冰等干擾。這樣就保證了本發明的監測裝置在極端天氣狀態下（如洪水期間）監測不受影響；同時由于采集裝置安裝至橋墩以上并可采用無線數據傳輸技術，完全不需要人工水下手動采集數據。