[發明專利]一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋遠程監測系統和方法

有效

• 申請號: 201410129006.9
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103944970B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 程斌;湯維力
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;G01N21/00;G01N27/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及鋼結構監測技術領域，具體地，涉及一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋遠程監測系統和方法。

背景技術

正交異性鋼橋面板由于結構自重輕、整體效率高、跨越能力強、抗震性能好等優點，被廣泛應用于大、中跨度橋梁結構中。但是，由于構造應力復雜、焊接缺陷難控制以及直接承受車輛動力作用等原因，正交異性鋼橋面板也是鋼橋結構中最容易發生疲勞破壞的部位。自1971年英國Severn橋最早發現鋼橋面板構造細節的疲勞裂紋以來，德國、法國、日本、美國、荷蘭等國相繼出現了鋼橋面板疲勞開裂的報道，我國虎門大橋、海滄大橋、江陰大橋等的正交異性鋼橋面板也已經檢測到了大量疲勞裂紋。這些裂紋具有許多共性，并且通常出現在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對接焊縫等應力集中明顯位置。因此，需要在實際工程中對在役正交異性鋼橋面板的疲勞開裂情況進行長期監測。

目前國內對在役正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋尚未能實現實時自動監測，基本都是采用定期人工檢測的方法對鋼橋面板性能進行監控，其中使用最為廣泛的是目測法。目測法存在許多局限性，比如現場情況可能導致檢測人員很難甚至無法到達某些疲勞開裂敏感區域，以及人工目測可能無法精準確定裂紋的尖端位置等。因此，也有一些利用電勢能落差、超聲回傳等原理開發而成的鋼結構裂紋探測設備，可實現對裂紋尺寸的準確測量，但這些設備同樣需要人工現場操作，可能存在部分區域不可達和操作空間受限的問題，也無法通過遠程控制實現自動檢測和長期監測。無論哪種方法，都需要人工尋找裂紋萌生的初始位置，這對于包含有大量可能開裂位置（即焊縫連接區域）的正交異性鋼橋面板而言，工作量無疑是巨大的。因此，需要設計一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋遠程監測系統，該系統應能通過在各種可能開裂位置布置裂紋檢測傳感器，并采用遠程控制代替人工現場操作，實現對鋼橋面板疲勞開裂狀態的自動檢測和長期監測，確保橋梁結構的安全性與使用性。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋遠程監測系統和方法，該系統原理清晰、性能穩定、擴展性好、成本低廉；實現了對正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的長期遠程監測，可應用于實際工程當中。

為實現以上目的：

本發明提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋遠程監測系統，所述系統包括原位檢測裝置、無線網關以及遠程控制設備；其中：

所述原位檢測裝置包含斷裂線組件、通路檢測器和無線終端；斷裂線組件由雙向正交排布的光纖或電阻斷裂線組成，并粘貼于正交異性鋼橋面板的疲勞開裂敏感區域或已有裂紋尖端前方區域；通路檢測器與斷裂線組件相連，并按照無線終端的指令對每根光纖或電阻斷裂線的連通或斷裂情況進行檢測；

所述無線網關包含Zigbee網關模塊和GPRS網關模塊；Zigbee網關模塊與無線終端之間組成Zigbee近距離無線傳輸網絡，將來自Zigbee網關模塊的外部監測指令轉化成激勵信號傳遞給通路檢測器，同時將裂紋檢測數據返回給Zigbee網關模塊；

所述遠程控制設備包含遠程服務器和遠程計算機；GPRS網關模塊與遠程服務器之間采用GPRS遠距離通訊，將遠程控制指令從遠程服務器傳遞至各無線終端，同時也將裂紋檢測數據從無線終端傳送至遠程服務器，遠程計算機從遠程服務器獲取裂紋檢測數據并對裂紋檢測數據進行處理，實現正交異性鋼橋面板疲勞裂紋遠程監測。

優選地，所述遠程計算機進行裂紋信息處理與計算，具體的是將監測指令直接發送至遠程服務器，并從遠程服務器獲取裂紋檢測數據，然后分析數據得到裂縫的擴展角度、長度與速率，并進一步形成裂紋分布圖和裂紋監測報告。

優選地，所述通路檢測器接收無線終端的指令，以一定時間間隔自動檢測并記錄斷裂線組件的斷裂位置和斷裂時間，并將檢測數據傳遞至無線終端。

優選地，所述Zigbee網關模塊最多可同時與254個無線終端建立Zigbee拓撲網絡，可根據需要設置多個Zigbee網關模塊。

優選地，所述Zigbee網關模塊與無線終端的最遠通訊距離為2km，可在全橋范圍內靈活布置無線網關的位置。

優選地，所述光纖斷裂線組件的大小可以根據檢測區域范圍進行定做，光纖或電阻斷裂線的數量和間距也可按照檢測精度要求進行調整。