[發明專利]一種橋梁動態健康實時監測裝置

有效

• 申請號: 201610165698.1
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105841661B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 方繼偉;陳立平
• 申請（專利權）人: 寧波市交通建設工程試驗檢測中心有限公司
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01B21/02
• 代理公司: 北京華識知識產權代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強

1.一種橋梁動態健康實時監測裝置，用于對橋梁健康進行動態監測，其特征是，包括：

(1)監測模塊，包括對橋梁結構健康進行監測的無線傳感器網絡、用于監測橋梁各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對橋梁健康結構進行監測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統，對橋梁健康結構的實時感知；所述位移傳感器以用于監測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基點穩定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監測，所述橋梁的各危險部位、工作基點和全局基準點通過對橋梁進行有限元模擬分析確定；所述應變傳感器組件包括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯后設置于結構的各個危險部位上；

(2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；

(3)安全狀態評估模塊，所述安全狀態評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于橋梁存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規定位移差閾值進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態，并根據應變傳感器組件24h的監測數據進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算結構的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結構設計疲勞壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態；

a、平均位移差Δs的計算公式為：

其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min_(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和，max&min_(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和，w(i+t)為前一時間階段的位移數據，w(i+2t)為后一時間階段的位移數據，N為采樣次數；

b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移差為：

Δs′=Δs-α1a1+α2a2+...+αnann(T-T0)]]>

其中，α₁，α₂，…，α_n為各危險部位的材料溫度膨脹系數，a₁，a₂，…，a_n為系數，T為選定時間段內平均溫度，T₀為橋梁所在地年平均溫度；

c、所述壽命安全評估的判斷公式為：

當σ_x(i)≥σ_b時，

A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k]-TB]]>

當σ_x(i)＜σ_b時，

A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k+2]-TB]]>

其中，σ_b為結構疲勞極限，σ_x(i)為監測點i的熱點應力幅，n表示監測點的個數，k為疲勞曲線的斜率倒數，p_i為在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環系數，T_B為結構設計疲勞壽命，在實際應用中，會受橋梁過載影響，因此是動態變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線性的過程，T_A為初始結構設計疲勞壽命，d_z表示橋梁總設計使用天數，d_g表示橋梁過載使用天數；當A大于0，判定結構壽命處于安全狀態，當A小于或等于0時，輸出報警信號；

(4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器；

(5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平臺對安全狀態評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬橋梁的健康狀況，仿真步驟為：

a、利用有限元軟件進行橋梁的建模后導入GIS平臺，分別構建橋梁不同構件的模型，在GIS平臺上調整各橋梁構件的空間位置；

b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示橋梁各危險部位、應變傳感器組件和位移傳感器；

c、根據安全狀態模塊評估的結果對不處于安全狀態的危險部位用規定的顏色在GIS平臺的界面上顯示。