[发明专利]一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹远程监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢结构监测技术领域，具体地，涉及一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹远程监测系统和方法。

背景技术

正交异性钢桥面板由于结构自重轻、整体效率高、跨越能力强、抗震性能好等优点，被广泛应用于大、中跨度桥梁结构中。但是，由于构造应力复杂、焊接缺陷难控制以及直接承受车辆动力作用等原因，正交异性钢桥面板也是钢桥结构中最容易发生疲劳破坏的部位。自1971年英国Severn桥最早发现钢桥面板构造细节的疲劳裂纹以来，德国、法国、日本、美国、荷兰等国相继出现了钢桥面板疲劳开裂的报道，我国虎门大桥、海沧大桥、江阴大桥等的正交异性钢桥面板也已经检测到了大量疲劳裂纹。这些裂纹具有许多共性，并且通常出现在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝等应力集中明显位置。因此，需要在实际工程中对在役正交异性钢桥面板的疲劳开裂情况进行长期监测。

目前国内对在役正交异性钢桥面板的疲劳裂纹尚未能实现实时自动监测，基本都是采用定期人工检测的方法对钢桥面板性能进行监控，其中使用最为广泛的是目测法。目测法存在许多局限性，比如现场情况可能导致检测人员很难甚至无法到达某些疲劳开裂敏感区域，以及人工目测可能无法精准确定裂纹的尖端位置等。因此，也有一些利用电势能落差、超声回传等原理开发而成的钢结构裂纹探测设备，可实现对裂纹尺寸的准确测量，但这些设备同样需要人工现场操作，可能存在部分区域不可达和操作空间受限的问题，也无法通过远程控制实现自动检测和长期监测。无论哪种方法，都需要人工寻找裂纹萌生的初始位置，这对于包含有大量可能开裂位置（即焊缝连接区域）的正交异性钢桥面板而言，工作量无疑是巨大的。因此，需要设计一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹远程监测系统，该系统应能通过在各种可能开裂位置布置裂纹检测传感器，并采用远程控制代替人工现场操作，实现对钢桥面板疲劳开裂状态的自动检测和长期监测，确保桥梁结构的安全性与使用性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹远程监测系统和方法，该系统原理清晰、性能稳定、扩展性好、成本低廉；实现了对正交异性钢桥面板疲劳裂纹的长期远程监测，可应用于实际工程当中。

为实现以上目的：

本发明提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹远程监测系统，所述系统包括原位检测装置、无线网关以及远程控制设备；其中：

所述原位检测装置包含断裂线组件、通路检测器和无线终端；断裂线组件由双向正交排布的光纤或电阻断裂线组成，并粘贴于正交异性钢桥面板的疲劳开裂敏感区域或已有裂纹尖端前方区域；通路检测器与断裂线组件相连，并按照无线终端的指令对每根光纤或电阻断裂线的连通或断裂情况进行检测；

所述无线网关包含Zigbee网关模块和GPRS网关模块；Zigbee网关模块与无线终端之间组成Zigbee近距离无线传输网络，将来自Zigbee网关模块的外部监测指令转化成激励信号传递给通路检测器，同时将裂纹检测数据返回给Zigbee网关模块；

所述远程控制设备包含远程服务器和远程计算机；GPRS网关模块与远程服务器之间采用GPRS远距离通讯，将远程控制指令从远程服务器传递至各无线终端，同时也将裂纹检测数据从无线终端传送至远程服务器，远程计算机从远程服务器获取裂纹检测数据并对裂纹检测数据进行处理，实现正交异性钢桥面板疲劳裂纹远程监测。

优选地，所述远程计算机进行裂纹信息处理与计算，具体的是将监测指令直接发送至远程服务器，并从远程服务器获取裂纹检测数据，然后分析数据得到裂缝的扩展角度、长度与速率，并进一步形成裂纹分布图和裂纹监测报告。

优选地，所述通路检测器接收无线终端的指令，以一定时间间隔自动检测并记录断裂线组件的断裂位置和断裂时间，并将检测数据传递至无线终端。

优选地，所述Zigbee网关模块最多可同时与254个无线终端建立Zigbee拓扑网络，可根据需要设置多个Zigbee网关模块。

优选地，所述Zigbee网关模块与无线终端的最远通讯距离为2km，可在全桥范围内灵活布置无线网关的位置。

优选地，所述光纤断裂线组件的大小可以根据检测区域范围进行定做，光纤或电阻断裂线的数量和间距也可按照检测精度要求进行调整。