一种桥墩局部冲刷实时监测系统及方法技术方案

本申请公开了一种桥墩局部冲刷实时监测系统及方法，涉及桥梁防灾减灾技术领域，包括定点监测装置、数据传输装置和终端机，定点监测装置包括横形支架、升降支架、流速仪和供电模块；横形支架固定在墩柱或桩基上,位置高于当前水位升降支架固定在横形支架的第一横梁底部，位置高于河床表面；流速仪固定在升降机构上；供电模块固定在横形支架的第二横梁上端,位置高于当前水位；数据传输装置固定在横形支架的第一横梁上端，通过线缆连接流速仪；终端机无线连接数据传输装置，用于根据墩前水流行进流速数据计算桥墩局部冲刷的最低高程。本申请可实时获取冲刷深度日际、月际、甚至更长时间段内的变化情况，为工作人员进行桥梁维护提供判断决策的依据。护提供判断决策的依据。护提供判断决策的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种桥墩局部冲刷实时监测系统及方法


[0001]本申请涉及桥梁防灾减灾
，尤其涉及一种桥墩局部冲刷实时监测系统及方法。

技术介绍

[0002]桥墩冲刷一直是冲积性河流中桥墩失稳和桥梁水毁的主要原因，桥墩冲刷按机理可以分为桥址河床床面的一般冲刷、桥位断面的收缩冲刷和桥梁墩台附近的局部冲刷。
[0003]多年来的研究和实践证明，桥址河床床面的一般冲刷和桥位断面的收缩冲刷对桥梁墩台的危害小于局部冲刷，桥梁基础的水毁通常都是三者共同作用的结果，而这种共同作用具有突发性、灾难性，可导致桥墩的移位、沉陷以及桥面的断裂、变形，甚至整座桥梁的坍塌，从而造成人民生命财产的重大损失，而在既定的条件下，桥墩局部冲刷的变化最为剧烈，对桥梁基础安全的影响也最大。
[0004]现有的用于桥墩局部冲刷监测的单波束和多波束测深系统由于费用大、船载系统监测的安全性、数据处理的时效性以及泥沙运动相对于水动力的滞后性等因素，一般只能采集到某一时刻的桥墩冲刷坑的床面冲刷高程，却无法确定在此工况下桥墩局部冲刷是否达到最低冲刷高程；在桥墩及其附近预埋检测传感器的方法虽可以提高数据的可靠性，但其存在需要预埋传感器、预先判桥墩可能的断冲刷状况、维护困难、费用较大等问题；而桥墩局部冲刷观测系统运用超声波探头获取桥墩周边床面的冲刷深度，在费用上、数据的及时性、准确性上虽有了很大的改善，但其只是针对桥墩冲刷坑周围床面的单点实时测量，难以获取桥墩局部冲刷的最低高程。
[0005]综上所述，现有技术中的桥墩局部冲刷监测系统通过存在费用大、数据处理不及时、单点测量等问题，一定程度上制约了桥梁维护管理水平的提升。

技术实现思路

[0006]本申请提供的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，旨在解决现有技术中桥墩局部冲刷监测系统存在的费用高、维护困难、数据时效性较低的问题。
[0007]为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
[0008]本申请的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，包括定点监测装置、数据传输装置和终端机，所述定点监测装置包括横形支架、升降支架、流速仪和供电模块；所述横形支架固定在墩柱或桩基上,位置高于当前水位；所述升降支架固定在所述横形支架的第一横梁底部，位置高于河床表面；所述流速仪固定在所述升降机构上,用于采集桥墩的墩前水流行进流速数据；所述供电模块固定在所述横形支架的第二横梁上端,位置高于当前水位,用于为所述流速仪、升降支架和所述数据传输装置供电；所述数据传输装置固定在所述横形支架的第一横梁上端，通过线缆连接所述流速仪，用于将所述墩前水流行进流速数据传输给所述终端机；所述终端机无线连接所述数据传输装置，用于根据所述墩前水流行进流速数据计算桥墩局部冲刷的最低高程。
[0009]作为优选，所述横形支架还包括环形结构、第一支架底座以及第二支架底座，所述环形结构由两片钢或铝合金材料半圆形抱箍，抱箍两端分别打有两竖排通孔，一竖排通孔用于通过螺栓将所述环形结构固定在所述墩柱或桩基上，所述第一支架底座和所述第二支架底座还分别包括固定螺栓，另一竖排通孔用于分别通过所述固定螺栓将所述第一支架底座和所述第二支架底座固定在所述环形结构两端，所述环形结构还包括内垫层，所述横形支架的第一横梁、第二横梁与第一支架底座、第二支架底座分别焊接。
[0010]作为优选，所述升降支架包括第三支架底座、电机、滚轴丝杆、滑块、升降轨道和法兰，所述第三支架底座焊接在所述横形支架第一横梁的底部，所述电机安装在所述第三支架底座内部，所述电机的转轴与所述滚轴丝杆对接，所述升降轨道安装在所述滚轴丝杆外侧，所述滑块安装在所述升降轨道上，所述法兰的一端连接所述滑块，另一端安装有流速仪，启动所述电机后，滚轴丝杆带动所述滑块在所述升降轨道处上下移动以通过法兰控制所述流速仪的升降。
[0011]作为优选，所述流速仪固定安装在所述法兰靠近水面的一端，位置低于当前水面。
[0012]作为优选，所述供电模块包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板固定安装在所述横形支架第二横梁的上端，所述蓄电池通过安装框体固定安装在所述横形支架第二横梁的上端。
[0013]作为优选，所述数据传输装置为无线信号发射器，置于密封箱内，所述密封箱固定安装在所述横形支架第一横梁的上端，通过吸附于箱顶或箱内的天线将所述墩前水流行进流速数据传输给所述终端机。
[0014]作为优选，所述供电模块和升降支架均置于水密箱内。
[0015]作为优选，所述定点监测装置和数据传输装置为多组，安装在不同墩桩或桩基上，用于采集不同桥墩的墩前水流行进流速数据。
[0016]一种桥墩局部冲刷实时监测方法，应用于上述的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，包括以下步骤：
[0017]根据当前水位调整流速仪的位置以确保所述流速仪位于可获取墩前水流行进流速的深度；
[0018]获取所述流速仪采集的墩前水流行进流速数据，并对所述墩前水流行进流速数据进行预处理和合理性筛查；
[0019]根据处理后的墩前水流行进流速数据计算得到桥墩局部冲刷最低高程。
[0020]作为优选，所述根据处理后的墩前水流行进流速数据计算桥墩局部冲刷最低高程，包括：
[0021]将处理后的若干组墩前水流行进流速数据输入桥墩局部冲刷深度计算公式中，所述桥墩局部冲刷深度计算公式为其中，h
b
为桥墩局部冲刷深度，K1、K2和K3分别为墩形修正系数、水流攻角系数和河床条件修正系数，B为桥墩有效阻流尺度，于为群桩时，B＝K4B
t
，其中B
t
为桥墩群桩投影宽度,K4为桩距因子，K4＝1
‑
4/3(1
‑
a/B
t
)[(1
‑
(a/L)
‑
0.6
]，其中a为桩径，L为间距，v为墩前水流行进流速，v
c
为泥沙启动流速，g为重力加速度，得到桥墩局部冲刷深度，并根据所述桥墩局部冲刷深度确定桥墩局部冲刷最低高程。
[0022]本申请具有如下有益效果：
[0023]本申请可以实时在线监测桥墩周围水流行进流速，并根据公式推算出局部最低冲刷深度，由此确定桥墩局部冲刷最低高程，并能够提供任一时刻的桥墩局部冲刷深度，获取冲刷深度日际、月际、年际甚至更长时间段内的变化情况，为桥墩基础冲刷安全提供实时在线数据，从而为工作人员进行桥梁维护提供判断决策的依据。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本申请提供的桥墩局部冲刷实时监测系统示意图；
[0026]图2是本申请提供的环形结构示意图；
[0027]图3是本申请提供的升降支架示意图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥墩局部冲刷实时监测系统，其特征在于，包括定点监测装置、数据传输装置和终端机，所述定点监测装置包括横形支架、升降支架、流速仪和供电模块；所述横形支架固定在墩柱或桩基上,位置高于当前水位；所述升降支架固定在所述横形支架的第一横梁底部，位置高于河床表面；所述流速仪固定在所述升降机构上,用于采集桥墩的墩前水流行进流速数据；所述供电模块固定在所述横形支架的第二横梁上端,位置高于当前水位,用于为所述流速仪、升降支架和所述数据传输装置供电；所述数据传输装置固定在所述横形支架的第一横梁上端，通过线缆连接所述流速仪，用于将所述墩前水流行进流速数据传输给所述终端机；所述终端机无线连接所述数据传输装置，用于根据所述墩前水流行进流速数据计算桥墩局部冲刷的最低高程。2.根据权利要求1所述的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，其特征在于，所述横形支架还包括环形结构、第一支架底座以及第二支架底座，所述环形结构由两片钢或铝合金材料半圆形抱箍，抱箍两端分别打有两竖排通孔，一竖排通孔用于通过螺栓将所述环形结构固定在所述墩柱或桩基上，所述第一支架底座和所述第二支架底座还分别包括固定螺栓，另一竖排通孔用于分别通过所述固定螺栓将所述第一支架底座和所述第二支架底座固定在所述环形结构两端，所述环形结构还包括内垫层，所述横形支架的第一横梁、第二横梁与第一支架底座、第二支架底座分别焊接。3.根据权利要求1所述的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，其特征在于，所述升降支架包括第三支架底座、电机、滚轴丝杆、滑块、升降轨道和法兰，所述第三支架底座焊接在所述横形支架第一横梁的底部，所述电机安装在所述第三支架底座内部，所述电机的转轴与所述滚轴丝杆对接，所述升降轨道安装在所述滚轴丝杆外侧，所述滑块安装在所述升降轨道上，所述法兰的一端连接所述滑块，另一端安装有流速仪，启动所述电机后，滚轴丝杆带动所述滑块在所述升降轨道处上下移动以通过法兰控制所述流速仪的升降。4.根据权利要求3所述的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，其特征在于，所述流速仪固定安装在所述法兰靠近水面的一端，位置低于当前水面。5.根据权利要求1所述的一种桥墩局部冲刷实时监测系统，其特征在于，所述供电模块包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板固定安装在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李最森，张芝永，曾剑，魏荣灏，郑君，段文义，任少华，徐达，郭勇，
申请(专利权)人：浙江嘉绍跨江大桥投资发展有限公司，
类型：发明
国别省市：