[發(fā)明專利]一種附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113866215A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紫超;劉志昂;楊華東;鄭建新;朱浩;李浩;王永威;朱金柱;李焜耀;呂昕睿;孫南昌
• 申請（專利權(quán)）人: 中交第二航務(wù)工程局有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01K11/3206;G01B11/02
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 徐貝貝

1.一種附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：超弱光柵陣列自加熱溫度光纜、固定夾具、槽鋼鉆頭、引線和無線解調(diào)設(shè)備，所述固定夾具沿橋梁樁基的縱向間隔設(shè)置多個，所述槽鋼鉆頭固定于所述橋梁樁基的尾端且位于河床下，所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜通過所述固定夾具縱向固定于所述橋梁樁基上且從所述槽鋼鉆頭內(nèi)部向上延伸至水面外，所述無線解調(diào)設(shè)備設(shè)置于所述橋梁樁基的頂部并通過引線與所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜連接，所述無線解調(diào)設(shè)備用于所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)無線傳輸。

2.如權(quán)利要求1所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜為超弱光柵陣列和加熱電阻絲鎧裝成的光纜，其中光柵點(diǎn)間距和串聯(lián)個數(shù)依據(jù)實(shí)際檢測環(huán)境設(shè)定。

3.如權(quán)利要求2所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線解調(diào)設(shè)備包括超弱光柵陣列解調(diào)儀和加熱電源，所述超弱光柵陣列解調(diào)儀用于通過引線傳輸采集的超弱光柵陣列傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)據(jù)，并解調(diào)處理后傳輸至基站，所述加熱電源用于加熱電阻絲。

4.如權(quán)利要求1所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜設(shè)置多根，所述固定夾具為并排開設(shè)有多個卡槽的方體結(jié)構(gòu)，所述卡槽恰好對應(yīng)卡合多根所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜。

5.如權(quán)利要求1所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述槽鋼鉆頭為相對的一對側(cè)面均為直角梯形的槽體結(jié)構(gòu)，在河床下所述固定夾具固定所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜于所述槽鋼鉆頭的槽體內(nèi)。

6.如權(quán)利要求1所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述引線為鎧裝信號傳輸光纜，其外套設(shè)防水的軟套管。

7.如權(quán)利要求4所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線解調(diào)設(shè)備連接多根引線，其分別連接多組所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜，每組所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜設(shè)置多根，多組所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜沿橋梁樁基的周向間隔設(shè)置，每組所述超弱光柵陣列自加熱溫度光纜對應(yīng)同一縱向設(shè)置的多個固定夾具和槽鋼鉆頭。

8.一種附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測方法，其特征在于，通過超弱光柵陣列自加熱溫度光纜中加熱電阻絲的加熱作用，利用超弱光柵陣列自加熱溫度光纜周圍介質(zhì)不同熱量耗散程度不同的原理，監(jiān)測橋墩周圍介質(zhì)的溫度變化速率情況，可感知橋墩周圍河床泥沙和流水的溫度變化速率差別，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測橋墩的沖刷或積於情況。

9.如權(quán)利要求7所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

S1：超弱光柵陣列自加熱溫度光纜、固定夾具、槽鋼鉆頭預(yù)先安裝固定于橋梁樁基上，隨橋梁樁基打入水面及河床中，橋梁樁基部分位于水中即位于水面和河床之間；

S2：通過引線將超弱光柵陣列自加熱溫度光纜連接至位于橋梁樁基頂部的無線解調(diào)設(shè)備中，無線解調(diào)設(shè)備內(nèi)置加熱電源和儲存電源，加熱電源連接超弱光柵陣列自加熱溫度光纜的加熱電阻絲用于加熱，儲存電源給超弱光柵陣列自加熱溫度光纜供電并提供電流，無線解調(diào)設(shè)備中內(nèi)置未升溫時，波長與超弱光柵陣列自加熱溫度光纜不同位置高度的光柵點(diǎn)距離曲線圖記為初始圖；

S3：啟動加熱電源實(shí)現(xiàn)超弱光柵陣列自加熱溫度光纜的自加熱，通過無線解調(diào)設(shè)備實(shí)時獲取不同位置光柵點(diǎn)對應(yīng)的波長數(shù)據(jù)，并繪制成波長與不同位置光柵點(diǎn)的曲線圖；

S4：將實(shí)時獲取的曲線圖與初始圖進(jìn)行對比，觀察分界點(diǎn)是否發(fā)生變化，記錄分界點(diǎn)對應(yīng)的距離發(fā)生的變化值，即為沖刷或積於的距離。

10.如權(quán)利要求7所述的附著式橋梁樁基沖刷積於實(shí)時監(jiān)測方法，其特征在于，超弱光柵陣列自加熱溫度光纜周圍介質(zhì)不同熱量耗散程度不同的原理具體為：

超弱光柵陣列自加熱溫度光纜位于水中的部分，水流的對流傳熱：

Q_w＝A_wh(t_s-t_f)

式中，Q_w為水流的對流換熱熱量；

式中，A_w為換熱面積；

式中，h為換熱系數(shù)；

式中，t_s為與水流接觸物體的溫度；

式中，t_f為水流的溫度；

超弱光柵陣列自加熱溫度光纜位于河床中的部分，導(dǎo)熱方程為：

式中，Q_總為多孔介質(zhì)和孔隙水的熱量總和；

式中，k_s＝1-e為固體骨架的占比；

式中，λ_s為多空介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)；

式中，λ_f為水的導(dǎo)熱系數(shù)；

式中，e為孔隙率；

式中，c為λ_f的修正系數(shù)，受多孔介質(zhì)含水率影響；

式中，A₀為傳熱面積；

式中，T為溫度；

式中，x為溫度邊界層；

超弱光柵陣列自加熱溫度光纜本身剩余的熱量為：

通過Q_l的不同，便可得出超弱光柵陣列自加熱溫度光纜的升溫速率不同，便可分析出超弱光柵陣列自加熱溫度光纜所處的周圍介質(zhì)，從而監(jiān)測出橋梁樁基受沖刷或積於情況。