[發(fā)明專利]一種橋梁動(dòng)態(tài)健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610165698.1
• 申請(qǐng)日: 2016-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105841661B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方繼偉;陳立平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波市交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司
• 主分類號(hào): G01B21/32
• 分類號(hào): G01B21/32;G01B21/02
• 代理公司: 北京華識(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁動(dòng)態(tài)健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)

城市橋梁是城市交通干線的重要組成，橋梁養(yǎng)護(hù)的好壞直接關(guān)系到城市交通的安全和暢通。城市建筑越來(lái)越密集，越來(lái)越高，是城市發(fā)展的趨勢(shì)。由于自然地質(zhì)等不可控制的災(zāi)難或者在人為修砌過(guò)程中，橋梁、建筑易出現(xiàn)斷裂、移位、傾斜等災(zāi)難。該災(zāi)難是不可預(yù)見(jiàn)的，會(huì)給人們帶來(lái)不可估量的生命財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)橋梁和建筑物的健康狀況的監(jiān)測(cè)是十分重要的事情。

然而現(xiàn)有的橋梁監(jiān)測(cè)傳感器大多數(shù)無(wú)法根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的剩余壽命。這一缺陷導(dǎo)致橋梁維護(hù)人員需要通過(guò)自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷傳感器所反饋的數(shù)據(jù)，降低了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的及時(shí)性，同時(shí)也大大增加了橋梁維護(hù)人員的工作量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種橋梁動(dòng)態(tài)健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種橋梁動(dòng)態(tài)健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、安全狀態(tài)評(píng)估模塊、預(yù)警報(bào)警模塊和仿真顯示模塊。

(1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)橋梁各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)橋梁健康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)橋梁健康結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)感知；所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述橋梁的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過(guò)對(duì)橋梁進(jìn)行有限元模擬分析確定；所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于橋梁的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；

(2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；

(3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊，所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于橋梁存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn)行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；

a、平均位移差Δs的計(jì)算公式為：

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

b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移差為：

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

c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：

當(dāng)σ_x(i)≥σ_b時(shí)，

當(dāng)σ_x(i)＜σ_b時(shí)，

其中，σ_b為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σ_x(i)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)i的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，n表示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)，p_i為在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，T_B為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)受橋梁過(guò)載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過(guò)載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性的過(guò)程，T_A為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，d_z表示橋梁總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，d_g表示橋梁過(guò)載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)；