[实用新型]基于激光调制的桥梁振幅实时监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及桥梁监测技术，特别涉及一种采用激光探测技术、非接触的测量方法对桥梁振幅（纵向和横向）进行实时动态（有车辆运行或其它负荷）和静态（无车辆运行或其它负荷，桥梁自振）监测的系统。

背景技术

在经济高速发展的当今社会，各式各样的土木工程结构，如桥梁、大型建筑等，它们在社会生活中发挥着极其重要的作用。桥梁是交通运输网络的重要组成部分，在国民经济生活中占据着重要的地位。桥梁是否能够安全运营直接关系到国家及人民的生命财产安全，因此必须对桥梁的安全状况进行评估。近年来,工程研究员从桥梁的参数监测出发，开展了桥梁安全状态的评估工作，并取得了很大的进展。如美国对I－40大桥的实际监测研究，丹麦对Fare跨海斜拉大桥施工阶段和通车首年的监测等，旨在检查关键的设计参数并获得必要的桥梁维护所需的记录。近年来，桥梁垮塌事故频频发生，由此造成的经济损失难以估量，如果事先对桥梁采取安全评估措施则可以大大减少人员伤亡和经济损失。

过去十几年里，我国已建成一批大跨度桥梁，仅上海就有南浦、杨浦和徐浦大桥等具有世界先进水平的桥梁。另外，香港的青马大桥和虎门的虎门大桥又是我国首次建立的悬索桥，近年来我国特别是沿海地区交通发展迅速，迫切需要建立一大批大跨度桥梁。为了确保这些耗资巨大，与国计民生密切相关的大桥的安全耐久，对这些大桥进行实时连续的安全评估非常必要。

正因如此，桥梁的安全评估越来越受到重视，许多研究人员都在致力于桥梁的安全评估研究，桥梁的安全评估正日益成为土木工程学科中的一个非常活跃的研究方向。振幅作为桥梁安全评估的关键参数之一，对桥梁的安全有很大的影响，对振幅的测量是桥梁参数监测中必不可少的。工程界有不少振幅测量的方法，但都难以满足现场实时测量的要求。国内外新近出现的散斑成像法、应变测量法等对旧有振幅测量的方法进行了改进，但也存在诸如采集速度慢、实时性差、不便与计算机接口等缺点，在实际工程应用中往往受到很大的限制。

大跨度桥梁受风荷载、车辆荷载、温度和地震影响较大，而在沿海地区一般无地震，主要受台风、车辆和温度的影响，为保证桥梁在上述条件下的安全运营，必须研究桥梁在上述条件下的实际振幅曲线，而目前对于风荷载与桥梁振幅的研究仅局限于理论和模型实验，对于实际桥梁在风作用下的研究还不充分；车辆荷载与桥梁振幅的研究也只是在特定时间和空间下进行。主要原因是测试仪器结构不合理，对于大型桥梁不能连续实时监测。目前国内外用于振幅监测的技术手段主要有：光纤光栅传感器、全站仪、位移传感器、加速度传感器和激光测试方法。

光纤光栅传感器是一种接触型传感器，是国内外近年来推出的主导产品，需要在桥梁建设过程中预埋在桥板中，其最大的缺陷是光纤光栅经重型车辆碾压后容易折断，而且对已建成的大桥无能为力。

上海杨浦大桥就采用的是全站仪逐点扫描法，对各个测点进行7s一周的连续扫描，其缺点是各测点不同步以及变形量大时不可测。

位移传感器也是一种接触型传感器，必须与测点相接触，其缺点是对于难以接近点无法测量以及对横向振幅测量有困难。

加速度传感器同样是一种接触型传感器，对于低频静态振幅鉴别效果差，为获得振幅数据计算时必须进行两次积分，精度不高，也无法实监测。而大型桥梁的振动频率一般都较低，加速度传感器监测效果大打折扣。

为了对桥梁进行安全评估，必须寻找更好的测试方法。最新出现的利用GPS进行测试的技术，在桥梁和高层建筑进行了实地测试。1996年对深圳帝王大厦、1998年对香港的青马大桥进行了实验研究。特别是1999年在广州虎门大桥进行了实桥测试，目前已正常工作。国外的dodson，A.H，1997；brown，G.J，1999也利用GPS对结构进行监测，获得了成功。具有代表性的GPS RTK差分系统，是由基准站、监测站和通信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站。监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后可测得站点的实时三维空间坐标。此结果送到监控中心，监控中心根据站点的实时三维空间坐标信息进行桥梁振幅、转角计算，提供大桥管理部门进行安全分析。但GPS监测大桥振幅的精度不高，一般精度在20mm左右。