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申请号:CN202210414536.2
申请日:2022-04-20
代理机构:北京中仟知识产权代理事务所(普通合伙) 11825
代理人:刘洋
公开号(公开):CN114964456A
公开日期(公开):2022-08-30
申请人(公开):中国矿业大学; 徐州中煤百甲重钢科技股份有限公司
发明人(公开):王路伽; 张乐彬; 李立武; 吴立文
IPC分类(公开):G08B21/18;G01H1/00;G01M5/00
CPC发明(公开):G01H1/00;G01M5/0008;G01M5/0066;G08B21/18
发明名称(公开):一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统
摘要(公开):本发明提供了一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统。包括传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统。传感器子系统由测速传感器和振动测量传感器组成,通过在梁式桥钢结构特定测量点处布置传感器来采集各种信号,再通过相应的数据处理,将其传输到信息分析和监控预警子系统,得到安全监测报告,进而将结果显示在管理平台上。本发明通过特定的传感器布置来采集信号,再进行相应的算法处理,可以初步判断桥梁的振动情况,为后续评估梁式桥健康状态和检修工作提供参考。
权利要求
权利要求
1.一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统,其特征在于,包括有:传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统;
所述的传感器子系统由测速传感器和振动测量传感器组成;所述的数据采集与处理子系统与传感器子系统相连,将传感器子系统所得的数据进行采集与处理,并将其存储在相应的器件内;所述的数据采集与处理子系统与数据传输子系统相连,将采集到的数据通过数据传输子系统传输到信息分析和监控预警子系统进行数据的分析,进而得到安全监测报告,将处理后的数据显示在平台上,并在监测到异常振动状态时发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统,其特征在于,所述的测速传感器采用的是光电传感器,布置测点2L/10个,安装于梁式桥的两侧栏杆处,每个传感器都间隔相同的距离,用于监测汽车在梁式桥行驶时的速度,其中,L为桥梁总长度。
3.根据权利要求1所述的一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统,其特征在于,所述的振动测量传感器用于监测桥梁的振动信号,布置测点8i个,选取能反应结构振动情况的传感器安装点,计算振动测量传感器安装点的方法如下:
记上层中点为a0,从中点a0往左侧依次为a1,......,an,an记为左上端点;记下层中点为b0,从中点b0往左侧依次为b1,......,bn,bn记为左下端点;上下两点之间记为c0,从c0点往左侧依次为c1,......,cn,cn记为左端点,长度分别为y0,......,yn;
a0与a1之间记为a01作为第一段,直线距离记为x1;a1与a2之间记为a12作为第二段,直线距离记为x2,以此类推;b0与b1之间记为b01作为第一段,直线距离记为x′1;b1与b2之间记为b12作为第二段,直线距离记为x′2,以此类推;
上层距离a01与水平面夹角记为θ1,a12与水平面夹角记为θ2,以此类推;下层距离b01与水平面夹角记为θ′1,b12与水平面夹角记为θ′2,以此类推;从结构上看,θi=θ′i;
下层中点b0距离地面高度记为h0,b1距离地面高度记为h1,以此类推;上层中点a0距离地面高度为h0+y0 cosθ0,a1距离地面高度记为h1+y1 cosθ1,以此类推;
下层第i段上传感器安装点距离桥梁结构左下侧端点距离记为li,li应满足公式:

上层第i段上传感器安装点距离桥梁结构左上侧端点距离记为l′i,l′i应满足公式:

该结构左右两侧对称,因此左右两侧的传感器按照对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:按照梁式桥钢结构的结构特点及传感器的最大监测范围,选取测速传感器的安装点;
步骤2:根据梁式桥的钢结构特点及所处地理位置,考虑对称性及监测的经济性和有效性,选取振动测量传感器的安装点;
步骤3:根据各个传感器的位置,将多个传感器串接在同一条光纤线缆上,形成监测现场的分布式传感器网络,每个传感器串称为一个通道,把所有通道汇集到监测现场的数据收发器,利用一根主光缆传输到远端的控制室;
步骤4:远端控制室将采集到的数据存储在数据存储平台,并对现场数据进行分析处理,形成安全监测报告,进而对结果作进一步处理。
5.根据权利要求1所述的一种利用车辆速度监测的梁式桥钢结构振动安全监测系统,其特征在于,由桥梁中的测速传感器监测到的汽车速度,再根据汽车总质量、桥梁的长度和高宽比以及桥墩的跨度,可以得到桥梁钢结构的振动频率,然后再用振动测量传感器进行监测,来判断桥梁的振动状态;其中,所述桥梁钢结构的振动频率的计算公式为:

式中,f为桥梁钢结构的振动频率,m为汽车质量,v为汽车速度,L为桥梁总长度,Lj为部分桥墩跨径,N为内部桥墩个数,η为桥梁的高宽比,即H/W,H为桥梁高度,W为桥墩宽度;
由上述公式计算所得的桥梁钢结构振动频率f可用于判断该梁式桥是否处于正常振动状态;当振动测量传感器所测振动频率数值fn≤1.2f时,振动属于合理范围,桥梁处于正常状态;当fn>1.2f时,该结构振动幅度较大,桥梁处于危险状态;这为评估梁式桥振动状态和检修工作提供参考。
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