專利名稱：大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項發(fā)明屬于梁工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)安全(健康)監(jiān)測系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測(測量)方法。
背景技術(shù)：
大型橋梁投資巨大，對于社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。在橋梁設(shè)計、施工、運營等環(huán)節(jié)，任何微小的疏忽都可能釀成重大損失甚至災(zāi)難性事故，輕則影響交通、消耗大量維修費用，重則橋毀人亡、造成巨大的人員傷亡與財產(chǎn)損失。
確保大跨徑橋梁運行階段的安全性，是全世界橋梁工程界和政府管理當(dāng)局的一個嚴(yán)峻課題，同時也是一個管理和決策上的普遍共性問題，具有極大的社會、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)意義。20世紀(jì)90年代初國外開始研究大跨徑橋梁的安全(健康)監(jiān)測系統(tǒng)，橋梁安全(健康)監(jiān)測系統(tǒng)是一個龐大的、復(fù)雜的、綜合的技術(shù)性系統(tǒng)，它包括橋梁關(guān)鍵部位的關(guān)鍵參數(shù)測量、大量測試數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)與指令的遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)儲存與處理、結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的評價與預(yù)警等內(nèi)容。橋梁安全(健康)監(jiān)測系統(tǒng)主要能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與評估，即通過其在橋梁運營中所獲得的結(jié)構(gòu)及環(huán)境信息，不僅為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)，還為橋梁的理論研究與試驗提供最真實的第一手信息，以便驗證大橋的理論模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算假定，并用于反饋指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、施工工藝與相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等的改進(jìn)。
橋梁結(jié)構(gòu)的變形是最直接和直觀的安全指標(biāo)之一，因此在橋梁結(jié)構(gòu)安全(健康)監(jiān)測系統(tǒng)中橋梁結(jié)構(gòu)的變位(撓度)監(jiān)測常被列為最主要的監(jiān)測內(nèi)容之一。目前監(jiān)測變位的主要手段有攝像機(jī)加網(wǎng)格靶的方法、紅外線測量機(jī)器人的方法、光電撓度傳感器與開放式連同管的方法和全球定位測量系統(tǒng)(GPS)等方法。其中攝像機(jī)加網(wǎng)格靶的方法早期在英國曾經(jīng)采用過；紅外線測量機(jī)器人的方法在上海盧浦大橋監(jiān)測系統(tǒng)中使用過，這個方法存在要求通視、不能同步測量、反射棱鏡清潔困難、測量機(jī)器人維護(hù)難等主要缺點；光電撓度傳感器與開放式連同管的方法在重慶大佛寺長江大橋安全監(jiān)測系統(tǒng)中主梁撓度測量子系統(tǒng)中使用，它的主要缺點是液面易揮發(fā)和污染、液體慣性力引起液面不穩(wěn)定等，其中最主要的缺點是需要提供水平面、影響美觀，而大跨徑橋梁縱坡較大時根本無法滿足這個要求；全球定位測量系統(tǒng)(GPS)需要借助衛(wèi)星來定位測量，存在精度較差、成本高、受外界干擾大、測點少等主要缺點。由上所述，因結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法的缺少已經(jīng)影響到結(jié)構(gòu)安全(健康)監(jiān)測的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種測量穩(wěn)定性好、測量范圍大、測量成本低的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法，以克服目前各種監(jiān)測方法存在的缺點，滿足實際工程對結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測的需求。
本發(fā)明提出的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法，是一種通過測壓來監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形的方法。具體方案如下首先利用水箱、水管和普通城市供水建立全橋壓力場，具體是將水箱按照設(shè)計高度固定在橋梁不變位的地方，用一根水平方向的鋼管將水壓設(shè)置到需要測量變形的部位并固定，使鋼管與被測量橋體一起變形；將優(yōu)質(zhì)、高精度、高靈敏度的壓力變送器設(shè)置在橫向鋼管上各個測量點上，使該處壓力的變化轉(zhuǎn)換成撓度的改變；各測量點上的壓力變送器通過電纜線與集線箱和A/D轉(zhuǎn)換器連接，最后通過計算系統(tǒng)在監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控。其工作原理參見附圖1所示。很明顯由于設(shè)置在主梁上的測點將隨著結(jié)構(gòu)一起變形，與固定在不變位的水箱內(nèi)液面之間形成高度改變，導(dǎo)致測點處壓力改變，變送器將壓力轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為撓度變化。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)測點處沒有水平面從而液體不易揮發(fā)、液面不易污染和液面不易波動(影響測量穩(wěn)定性)；(2)變形過程中水箱水平面上、下不會改變，從而提高了測量穩(wěn)定性；(3)不影響橋梁外形美觀；(4)測量范圍大，且具有耐久性。


圖1為用壓力場測量橋梁變形的工作原理示意圖。
圖2為實施例中，利用本發(fā)明方法測量某大橋的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)顯示主梁高程變化。
圖中標(biāo)號1為水箱，2為水平鋼管，3為壓力變送器，4為連接電纜，5為集線箱，6為A/D轉(zhuǎn)換器，7為計算監(jiān)測系統(tǒng)。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法已經(jīng)在我國南方某大橋的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中試用。該大橋為預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主跨340米，全橋在橋面上、下游分別設(shè)置17個監(jiān)測點，相應(yīng)有17個壓力變送器3。另外再設(shè)置一個參考點以考慮水箱水平面的變化。水箱1采用不銹鋼材料，設(shè)置于橋梁主跨的橋墩處。水平鋼管2采用內(nèi)徑為50mm的鍍鋅水管，與水箱1的底部連通，在監(jiān)測點與壓力變送器3連接。壓力變送器的連接電纜4采用2×32/0.2 RVVP電纜，集線箱5、A/D轉(zhuǎn)換器6均為通常設(shè)備，計算監(jiān)測系統(tǒng)也為通常的系統(tǒng)。如圖1所示連接。經(jīng)過數(shù)月的運行，證明本發(fā)明方法是可靠的，數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定，避免了以往所采用的監(jiān)測系統(tǒng)的常見弱點，具有很高的實用價值。圖2為數(shù)據(jù)處理軟件顯示的2003年10月8日約14時的主梁變形曲線。
權(quán)利要求
1.一種大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法，其特征在于將水箱按照設(shè)計高度固定在橋梁不變位的地方，用一根水平方向的橫鋼管將水壓設(shè)置到需要測量變形的部位并固定，使鋼管與被測橋體一起變形；將壓力變送器設(shè)置于橫向鋼管的各個測量點上，使該處的水壓變化轉(zhuǎn)換成撓度的改變；各測量點上的壓力變送器通過電纜線與集線箱和A/D轉(zhuǎn)換器連接，最后通過計算機(jī)系統(tǒng)在監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控。
2.一種大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于由水箱、鋼管、壓力變送器、電纜線、集線箱、A/D轉(zhuǎn)換、計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)組成，水箱設(shè)置于橋梁不變位的地方，鋼管水平方向設(shè)置，與水箱連通，并引向橋梁上需要測量變形的部位、固定，使鋼管與被測橋體一起變形；壓力變送器設(shè)置于橫向鋼管的各個測量點上，并通過電纜線與集線箱和A/D轉(zhuǎn)換器連接，最后與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測方法。它首先用水箱、水管和城市供水建立全橋壓力場，水箱設(shè)置于橋梁不變位的部位，水管水平設(shè)置，將水壓引向橋梁變形部位，并與被測部分固定。采用壓力變送器將壓力變化轉(zhuǎn)換成撓度的改變，再由計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。本發(fā)明由水箱、水管、壓力變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)等組成監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明測量穩(wěn)定性好，測量范圍大，測量成本低，具有很高的實用價值。
文檔編號G06F3/00GK1542405SQ20031010844
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者陳德偉 申請人:同濟(jì)大學(xué)