[发明专利]一种基于布拉格光栅传感器的悬臂式桥墩冲刷监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥墩冲刷监测装置，具体来说，涉及一种基于布拉格光栅传感器的悬臂式桥墩冲刷监测装置。该监测装置是一种适用于洪水多发地区的具备长期实时监测、全过程冲刷回填记录以及较好耐久性能的新型桥墩冲刷监测装置。

背景技术

桥梁基础结构的冲刷病害是当今桥梁结构功能失效、丧失其安全性能的最主要原因之一。以美国为例，从1966年至2005年，全美倒塌桥梁中(1502座)58%的破坏桥梁与桥梁基础结构的冲刷病害相关，美国交通部已将桥梁基础冲刷看作是高速公路桥梁结构功能及安全性能失效的最常见原因之一。据美国交通安全委员会统计，每年用于修复及弥补遭受基础冲刷病害桥梁的费用平均高达三千万美元。

我国近期也频频出现因桥梁基础冲刷导致结构倒塌现象。例如，2010年四川省华阳市通济桥因洪水将桥墩基底掏空直接导致一个桥墩和相邻桥拱发生垮塌；2009年黑龙江省铁力市西大桥因3号墩基底局部被水冲刷脱空而发生桥体垮塌事故。事实上，中国内陆江河湖泊丰富而同时海岸线辽阔，存在大量跨江跨河桥梁以及海湾桥梁，在洪水或飓风期间均可能受到频繁的洪水作用而导致严重的基础冲刷病害，由于冲刷发生于水面以下，桥梁基础被冲刷破坏通常没有任何征兆，严重危及桥梁结构的安全性能以及交通公路网络的顺利运营。

显然，对桥梁基础冲刷深度进行准确实地监测是避免桥梁基础冲刷灾难发生的重要途径。事实上，目前已开发出多种桥墩冲刷监测装置（例如基于雷达、声纳技术），但均难以实现有效的长期实时监测，监控时期容易受到恶劣天气影响且监测装置本身耐久性不高，更无法观测到冲刷包括冲刷后河床回填的整个全过程，且容易被河流中杂物干扰，结果不稳定，另外在洪水期间也无法实施监测，故多用于临时性的冲刷监测使用，无法采集到长期监测数据对桥墩冲刷深度进行跟踪以及合理预判。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于布拉格光栅传感器的悬臂式桥墩冲刷监测装置，该监测装置可以长期实时监测冲刷回填全过程，并且监测数据准确。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于布拉格光栅传感器的悬臂式桥墩冲刷监测装置，该监测装置包括至少两个监测单元、光纤、传感器数据收集器，所述的每个监测单元包括中空套筒、底板、钢板、布拉格光栅传感器，中空套筒固定连接在底板的顶面，且中空套筒相对的两侧壁面设有相对的通槽，钢板位于中空套筒中，且钢板的底端固定连接在底板的顶面，布拉格光栅传感器通过树脂层粘结在钢板的表面，且树脂层覆盖在布拉格光栅传感器的外表面，布拉格光栅传感器朝向中空套筒的通槽；监测单元沿中空套筒的轴向布置，且相邻的监测单元之间通过底板连接；布拉格光栅传感器通过一根光纤串接，并连接到传感器数据收集器。

进一步，所述的每个监测单元还包括一对护板，护板的底端固定连接在钢板上，树脂层位于该对护板之间，且护板的高度大于树脂层的高度。

进一步，所述的基于布拉格光栅传感器的悬臂式桥墩冲刷监测装置，还包括钢筋条，该钢筋条固定连接在中空套筒通槽的两侧。

进一步，所述的每个监测单元包括至少两个布拉格光栅传感器，且相邻布拉格光栅传感器之间的距离为10—35厘米。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）可以长期实时监测冲刷回填全过程，并且监测数据准确。本发明的监测装置，通过不断露出河床的布拉格光栅传感器的位置，来实时监测桥墩冲刷深度的目的。这样可实现长期监测冲刷，包括河床回填的整个全过程。同时，本发明的监测装置利用单根光纤线将所有布拉格光栅传感器串联连接，利用布拉格光栅传感器来获取和传递信息，可以提高数据的准确性和稳定性。