[发明专利]一种桥梁动态健康实时监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁健康监测领域，具体涉及一种桥梁动态健康实时监测装置。

背景技术

城市桥梁是城市交通干线的重要组成，桥梁养护的好坏直接关系到城市交通的安全和畅通。城市建筑越来越密集，越来越高，是城市发展的趋势。由于自然地质等不可控制的灾难或者在人为修砌过程中，桥梁、建筑易出现断裂、移位、倾斜等灾难。该灾难是不可预见的，会给人们带来不可估量的生命财产损失，对桥梁和建筑物的健康状况的监测是十分重要的事情。

然而现有的桥梁监测传感器大多数无法根据监测的数据预测桥梁结构的剩余寿命。这一缺陷导致桥梁维护人员需要通过自己的相关经验判断传感器所反馈的数据，降低了对桥梁结构监测的及时性，同时也大大增加了桥梁维护人员的工作量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种桥梁动态健康实时监测装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种桥梁动态健康实时监测装置，该装置包括监测模块、数据处理模块、安全状态评估模块、预警报警模块和仿真显示模块。

(1)监测模块，包括对桥梁结构健康进行监测的无线传感器网络、用于监测桥梁各危险部位的应变传感器组件和位移传感器，所述无线传感器网络全覆盖对桥梁健康结构进行监测，同时，网络采用先进的物理信息融合系统，对桥梁健康结构的实时感知；所述位移传感器以用于监测危险部位位移变化的工作基点和用于校核工作基点稳定性的全局基准点为基础进行三维空间位移监测，所述桥梁的各危险部位、工作基点和全局基准点通过对桥梁进行有限元模拟分析确定；所述应变传感器组件包括参数性能及结构完全相同的工作用应变传感器和温度补偿用应变传感器，所述工作用应变传感器和温度补偿用应变传感器串联后设置于桥梁的各个危险部位上；

(2)数据处理模块，其包括采集中心站、对采集中心站收集到的数据进行调理放大处理的信号调理器和对信号调理器处理的数据进行传送的信号传输装置；

(3)安全状态评估模块，所述安全状态评估模块包括连接信号传输装置的微处理器，所述微处理器将由信号传输装置传送的位移数据进行计算得到两个时间阶段t之间的平均位移差，由于桥梁存在热胀冷缩现象因此先要对位移差进行补偿，然后将平均位移差与规定位移差阈值进行比较，判断所述平均位移差是否处于安全状态，并根据应变传感器组件24h的监测数据进行计算，得到应力幅谱，根据应力幅谱计算结构的剩余疲劳寿命，并将所述剩余疲劳寿命与结构设计疲劳寿命进行比较，判断所述剩余疲劳寿命是否处于安全状态；

a、平均位移差Δs的计算公式为：

其中，取0.5h为采样时间间隔，max&min_(i+t)为前一时间阶段的位移数据中的极大值和极小值之和，max&min_(i+2t)为后一时间阶段的位移数据中的极大值和极小值之和，w(i+t)为前一时间阶段的位移数据，w(i+2t)为后一时间阶段的位移数据，N为采样次数；

b、设膨胀系数为α，修正后的平均位移差为：

其中，α₁，α₂，…，α_n为各危险部位的材料温度膨胀系数，a₁，a₂，…，a_n为系数，T为选定时间段内平均温度，T₀为桥梁所在地年平均温度；

c、所述寿命安全评估的判断公式为：

当σ_x(i)≥σ_b时，

当σ_x(i)＜σ_b时，

其中，σ_b为结构疲劳极限，σ_x(i)为监测点i的热点应力幅，n表示监测点的个数，k为疲劳曲线的斜率倒数，p_i为在热点应力幅下结构实际经历的应力循环系数，T_B为结构设计疲劳寿命，在实际应用中，会受桥梁过载影响，因此是动态变化的，且随着过载使用天数的变化是一个非线性的过程，T_A为初始结构设计疲劳寿命，d_z表示桥梁总设计使用天数，d_g表示桥梁过载使用天数；当A大于0，判定结构寿命处于安全状态，当A小于或等于0时，输出报警信号；