非通航孔桥墩防撞的监测系统及实时诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了非通航孔桥墩防撞的监测系统及实时诊断方法。它包括安装在桥梁A、桥梁B及桥墩上的传感器、数据采集仪、数据去口噪仪等，本发明专利技术通过采用该监测系统，能够实现对船舶撞击桥墩的在线实时监测，能够在船舶撞击桥梁的第一时间，直接地迅速对桥梁的破坏程度进行初步判断，并直接解析出撞击力和重要的梁墩结构反应参数，为撞击事件后的桥梁关闭运营、立即维修决策、梁墩构件的状态评估及损伤鉴定提供第一手的数据支持，且该监测系统的设计原理科学、结构轻巧、撞击力识别精度，且整个监测系统的成本低，在跨海越江长桥中可大量安装，不会增加过多的工程建设费用，解决了对桥墩进行全方位防撞监测费用高昂的问题，工程应用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥墩监测
，具体涉及桥墩防撞的监测系统及实时诊断方法。
技术介绍
国际上对于船撞桥问题的系统研究起始于20世纪80年代初，随后国内外学者在船撞风险分析和船桥撞击力领域开展了大量研究，提出了用于设计的桥梁防撞风险评估方法和撞击力取值方法，并开始制定了相关设计规范。1991年，美国道路工程师协会(AASHTO)发表了第一部桥梁受船撞的设计指南，近年来，我国也分别在铁路和公路设计规范中提出了船撞力的设计取值计算方法。20世纪90年代以来，随着大型跨海桥梁的兴建，国内外学者结合船桥撞击力分析，开展了大量桥梁防撞技术研究，提出了设置筑岛围堰、独立防撞墩、防撞套箱、浮式柔性防撞等诸多结构性措施。从已有研究的文献报道来看，船撞桥问题研究目标可分为三类：(1)事故预防研究，即船撞桥的风险研究，主要是为设计提供桥梁线位和布跨选择的防撞理论依据，防范事故发生，属于风险事件的概率研究领域；(2)事故应对研究，即般撞桥的设计方法研究，主要是确定合理的船撞力设计取值和防撞措施，属于荷载预付和技术设计的研究领域；(3)事故后评估研究，即主要是进行船撞桥后的结构状态评估研究，属于结构损伤识别和安全评定的研究领域。整体来看，已有研究基本都集中在前两类，而事故后评估的研究很少，原因是过去一般认为桥梁通航孔水域的桥墩防撞是研究的重点，通过对事故概率分析和最大船撞力的研究，按照最低撞击力荷载要求进行合理的桥梁防撞设计可以避免事故的发生。然而从工程现状来看，虽然世界各国都采用了不同防撞设计理念和方法，但还不能完全避免船撞桥事故产生的严重影响，特别是在宽阔水域的非通航孔桥梁，在船舶失控和恶劣气候条件下，由大吨位船舶撞击导致桥梁损伤或破坏的危险性依然存在，按现有设计理念，非通航孔桥梁设计还无法达到与主通航孔同等的防撞能力，如考虑对非通航孔桥梁进行全线高等级的防撞设计，建设投资将大大增加，在经济与效益上将很不划算。而对于非通航孔的小跨梁桥来说，结合工程保险和事故索赔，开展迅速的事故后评估及修复在经济上显得更合理，也更具有现实意义，所以在船撞桥事故后快速精确地进行结构损伤诊断和安全评估，以确定既有构件是否还具有足够的抗力，是否需要加固维修就显得极为重要，也直接影响着桥梁全寿命周期的安全性和耐久性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供非通航孔桥墩防撞的监测系统及实时诊断方法。所述的非通航孔桥墩防撞的监测系统，安装在桥梁A、桥梁B及桥墩上，桥梁A、桥梁B与桥墩之间均设有橡胶支座，其特征在于包括分别设置在桥梁A、桥梁B及桥墩上的传感器A、传感器B及传感器，传感器A、传感器B及传感器由T型钢管连接固定形成T形结构，T型钢管中部设有无线信号发射装置，T型钢管内设有依次连接的数据采集仪、数据积分仪、数据去噪仪、触发式存储控制器和参数分析及撞击力识别系统，参数分析及撞击力识别系统通过数据传输模块连接监测中心计算机，每个传感器包括位移传感器、加速度传感器及速度传感器；数据采集仪用于采集与其相连的每个传感器测得的位移变化数据、加速度变化数据及速度变化数据；数据去噪仪用于对数据采集仪的数据进行数据去噪；触发式存储控制器用于船舶撞击后触发存储控制器存储数据；数据积分仪连接传感器内的速度传感器，参数分析及撞击力识别系统用于对数据进行解析，解析出船舶的撞击力和桥墩之间的相对位移差，桥梁的自振频率、能量的变化。所述的非通航孔桥墩防撞的监测系统，其特征在于整个监测系统结构通过粘合剂粘贴在混凝土表面。基于所述的非通航孔桥墩防撞的监测系统的实时诊断方法，其特征在于包括如下步骤：1)按设定位置安装好监测系统的各个部件；2)由数据采集仪采集与其相连的位移传感器、加速度传感器和速度传感器的数据；3)数据采集仪的数据经信号传播给数据去噪仪，由数据去噪仪对进行数据去噪；4)触发式存储控制器用于船舶撞击的触发，当船撞击桥墩的时刻，触发式存储控制器内的监测系统会监测到出现超出非撞击状态阈值的加速度反应，并保留最大加速度峰值前后5分钟的所有监测数据，并由数据传输模块将无线信号传输到监测中心的主机，启动主机工作；5)参数分析及撞击力识别系统用于对步骤3)去噪后的数据进行解析，解析出船舶的撞击力和桥墩之间的相对位移差，桥梁的自振频率、能量的变化，由加速度传感器得出加速度的时程曲线，把加速度时程曲线经过Fourier变换，得出桥墩的自振频率动力特性，得到桥墩的自振频率；由位移传感器分别可以得出梁A相对桥墩C的位移和梁B相对于桥墩C的位移；6)参数分析及撞击力识别系统将分析结果通过数据传输模块连接监测中心计算机，监测中心计算机将对步骤4)和步骤5)中接收的数据进行进一步计算分析处理，结合有限元分析和无损检测技术，对桥梁进行深入的状态评估和损伤鉴定。所述的实时诊断方法，其特征在于步骤3)中的数据去噪采用以小波变换为工具进行的，应用小波多分辨率分析和小波包分析为信号去噪方法：通过传感器所采集的信号f(t)，应用小波分析向尺度空间Vj和小波空间Wj投影到j尺度下的细节信号和概貌信号即： f s j ( t ) = Σ k c j , k Φ k ( 2 - j t ) = Σ k c j , k Φ j , k ( t ) f s j ( t ) = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
非通航孔桥墩防撞的监测系统，安装在桥梁A(1)、桥梁B(8)及桥墩(11)上，桥梁A(1)、桥梁B(8)与桥墩(11)之间均设有橡胶支座(7)，其特征在于包括分别设置在桥梁A(1)、桥梁B(8)及桥墩(11)上的传感器A(2)、传感器B(6)及传感器(5)，传感器A(2)、传感器B(6)及传感器(5)由T型钢管(3)连接固定形成T形结构，T型钢管(3)中部设有无线信号发射装置(4)，T型钢管(3)内设有依次连接的数据采集仪(9)、数据积分仪(12)、数据去噪仪(14)、触发式存储控制器(10)和参数分析及撞击力识别系统(13)，参数分析及撞击力识别系统(13)通过数据传输模块连接监测中心计算机，每个传感器包括位移传感器、加速度传感器及速度传感器；数据采集仪(9)用于采集与其相连的每个传感器测得的位移变化数据、加速度变化数据及速度变化数据；数据去噪仪(14)用于对数据采集仪(9)的数据进行数据去噪；触发式存储控制器(10)用于船舶撞击后触发存储控制器存储数据；数据积分仪(12)连接传感器(5)内的速度传感器，参数分析及撞击力识别系统(13)用于对数据进行解析，解析出船舶的撞击力和桥墩之间的相对位移差，桥梁的自振频率、能量的变化。...

【技术特征摘要】
1.非通航孔桥墩防撞的监测系统，安装在桥梁A(1)、桥梁B(8)及桥墩(11)上，桥梁A(1)、桥梁B(8)与桥墩(11)之间均设有橡胶支座(7)，其特征在于包括分别设置在桥梁A(1)、桥梁B(8)及桥墩(11)上的传感器A(2)、传感器B(6)及传感器(5)，传感器A(2)、传感器B(6)及传感器(5)由T型钢管(3)连接固定形成T形结构，T型钢管(3)中部设有无线信号发射装置(4)，T型钢管(3)内设有依次连接的数据采集仪(9)、数据积分仪(12)、数据去噪仪(14)、触发式存储控制器(10)和参数分析及撞击力识别系统(13)，参数分析及撞击力识别系统(13)通过数据传输模块连接监测中心计算机，每个传感器包括位移传感器、加速度传感器及速度传感器；数据采集仪(9)用于采集与其相连的每个传感器测得的位移变化数据、加速度变化数据及速度变化数据；数据去噪仪(14)用于对数据采集仪(9)的数据进行数据去噪；触发式存储控制器(10)用于船舶撞击后触发存储控制器存储数据；数据积分仪(12)连接传感器(5)内的速度传感器，参数分析及撞击力识别系统(13)用于对数据进行解析，解析出船舶的撞击力和桥墩之间的相对位移差，桥梁的自振频率、能量的变化。2.根据权利要求1所述的非通航孔桥墩防撞的监测系统，其特征在于整个监测系统结构通过粘合剂粘贴在混凝土表面。3.一种基于权利要求1所述的非通航孔桥墩防撞的监测系统的实时诊断方法，其特征在于包括如下步骤：1)按设定位置安装好监测系统的各个部件；2)由数据采集仪(9)采集与其相连的位移传感器、加速度传感器和速度传感器的数据；3)数据采集仪(9)的数据经信号传播给数据去噪仪(14)，由数据去噪仪(14)对进行数据去噪；4)触发式存储控制器(10)用于船舶撞击的触发，当船撞击桥墩(11)的时刻，触发式存储控制器(10)内的监测系统会监测到出现超出非撞击状态阈值的加速度反应，并保留最大加速度峰值前后5分钟的所有监测数据，并由数据传输模块将无线信号传输到监测中心的主机，启动主机工作；5)参数分析及撞击力识别系统(13)用于对步骤3)去噪后的数据进行解析，解析出船舶的撞击力和桥墩之间的相对位移差，桥梁的自振频率、能量的变化，由加速度传感器得出加速度的时程曲线，把加速度时程曲线经过Fourier变换，得出桥墩的自振频率动力特性，得到桥墩的自振频率；由位移传感器分别可以得出梁A相对桥墩C的位移和梁B相对于桥墩C的位移；6)参数分析及撞击力识别系统(13)将分析结果通过数据传输模块连接监测中心计算机，监测中心计算机将对步骤4)和步骤5)中接收的数据进行进一步计算分析处理，结合有限元分析和无损检测技术，对桥梁进行深入的状态评估和损伤鉴定。4.根据权利要求3所述的实时诊断方法，其特征在于步骤3)中的数据去噪采用以小波变换为工具进行的，应用小波多分辨率分析和小波包分析为信号去噪方法：通过传感器所采集的信号f(t)，应用小波分析向尺度空间Vj和小波空间Wj投影到j尺度下的细节信号和概貌信号即： f s j ( t ) = Σ k c j , k Φ k ( 2 - j t ) = Σ k c j , k Φ j , k ( t ) f d j ( t ) = Σ k d j , k Ψ k ( 2 - j t ) = Σ k d j , k Ψ j , k ( t ) ]]>其中 c j , k = < f ( t ) , Φ j , k > d j , k = < f ( t ) , Ψ j , k > ]]>分别为尺度展开函数和小波展开函数，在尺度a上，小波变换模极大值的平均密度为： d s = 1 a π ( | | Ψ ( 2 ) | | 2 | | Ψ ( 1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，朱绪江，赵钦，甘伟昌，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33