[发明专利]一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法

说明书

一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法，该监测装置包括第一传感器、第二传感器和处理器，其中：第一传感器安装于所述桥梁的吊索上，第一传感器用于采集其所在的吊索的长度数据并传输至处理器；第二传感器安装于所述桥梁的桥面上，第二传感器用于采集其所在的桥面与水平面的夹角数据并传输至处理器；处理器判断桥面是否形成状态翻转，判断桥面形成状态翻转的条件为：所述吊索的长度大于第一阈值，且所述桥面与水平面的夹角大于第二阈值，所述桥面连接长度增长大于第一阈值的吊索的一侧高于桥面的另一侧。本发明弥补了现有技术中无法预测悬索桥、斜拉桥类桥梁波浪振动的缺陷，提高了桥梁运行的安全性和稳定性。

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，具体涉及一种桥梁波浪振动监测装置、基于该监测装置的桥梁稳定系统、以及桥梁波浪振动的监测、稳定方法。

背景技术

悬索桥、斜拉桥这类桥梁具有跨径大、跨越能力强的优点，是用作跨江、跨海、跨峡谷的常用桥型，此类桥型属于柔性结构，在横向风力作用下会进行一定幅度的钟摆运动，风力越大钟摆的幅度越大。

通常地，桥梁经过精确的设计，整个桥梁的机械结构完整且坚固，即使在强风下，风力无法破坏桥梁的整体结构并在桥梁内部形成能量积累，因此桥梁的抗风能力强。只有当风力产生的能量大于桥梁的振动能量时，桥梁才会具有产生明显的振动的能量条件，造成安全隐患。所以，通常桥梁的抗风能力都会设计得足够强大，确保桥梁的安全。

但是，发明人通过对大型悬索桥的波浪振动观察发现，在部分情况下，风力能量不足大桥振动能量的10％时，大桥也出现了波浪振动。以虎门大桥为例，根据虎门大桥的结构数据以及观察到的虎门大桥0.45赫兹的振动频率计算出虎门大桥需要产生冯卡曼涡旋街效应所需具备的风速必须超过16m/s，但振动出现的实时风速仅为8m/s，根据计算，该实时风速的动能只能为涡旋效应提供25％的能量，因此证明涡旋振动不可能发生，也相应地证明了没有出现涡旋激发的后续共振。

发明人通过大量观察计算发现，这一类风力能量明显低于大桥振动能量却出现振动的现象可能是由于大桥出现机械故障触发重力做功，并造成了桥梁局部形变而形成风能输入口，风力持续以单侧共振方法输入能量，并在其侧主缆里形成弹力储能，最终在风力减缓后弹力储能爆发产生横向振动，也即颤振，横向振动继续纵向传播，最终形成了整个悬索桥的波浪振动。

因此，有必要基于颤振的发生机理针对性地设计一种用于监控大桥颤振的监测系统以监测大桥是否出现了发生颤振所需要的必要条件，并进一步采取抑制颤振的响应措施抑制或降低颤振对桥梁产生的危害，进而提高桥梁的运营安全水准。

发明内容

通常地，当风力产生的能量低于悬索桥的振动能量时，悬索桥在横向风力作用下会产生一定幅度的钟摆运动，钟摆运动的幅度随风力的增大而增大。悬索桥的抗风能力足够时，尽管风力能够使得桥梁产生钟摆运动，但是，钟摆运动并不能造成桥梁的任何局部产生形变，桥梁的整体无形变，风力无法在悬索桥内形成能量积累。

但是，发明人通过长期对悬索桥的振动观察及研究发现，在部分情况下，风力能量未达到悬索桥的频率共振所需要的能量，也未达到涡旋激发共振所需的能量时，悬索桥仍然会出现波浪振动。经过分析，发明人认为出现这种情况的原因在于：吊索机械故障造成局部桥面脱离了钟摆运动形成了状态翻转；在状态翻转状态下，桥梁出现了局部形变；局部形变就形成了风力能量输入口；横向风力在能量输入口产生局部单侧共振，其共振使得能量在悬索桥的单侧主缆中持续积累最终形成颤振。