專利名稱：豎桿式橋梁撓度監測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種檢測技術領域的系統，特別是一種豎桿式橋梁撓度監測系統。
背景技術：
橋梁的撓度是指橋梁上某一橫截面處的形心在垂直于軸的方向發生的縱向線位移的大小。撓度是評價橋梁安全性的重要參數之一，它與橋梁的承載能力及抵御地震等破壞性荷載的能力密切相關，而且過大的撓度會直接影響橋面行車的速度和舒適性。因此對撓度的監測是橋梁健康監測中的重要部分。
對橋梁撓度進行監測所需要達到的主要功能有(1)監測橋梁上某橫截面處發生的撓度值，并獲得撓度沿橋梁橫向分布的規律。由于橋梁上有無數多個連續分布的點，對每個點的撓度都進行監測是不可能的，也沒有必要，所以一般是在橋梁上選取若干個點來獲取撓度數據，這些被選取的點就稱為測點。橋梁上預期撓度最大的點和主梁兩端邊緣處的點一般都應被選為測點，除此之外橋梁長度方向上的任意點都可作為測點，由測量者根據情況自由選定。然后根據這些測點在橋梁上的相對位置和撓度值，進行數據擬合后得到撓度橫向分布的規律。(2)將監測到的撓度數據與橋梁相關規范中規定的撓度允許值進行對比，及時發現實測撓度達到最大允許值的情況。目前現有的橋梁撓度監測技術已有多種。
經對現有技術文獻的檢索發現，楊建春，陳偉民在《傳感器與微系統》，2006年，第25卷第9期，1～3頁發表的“橋梁結構撓度自動監測技術的現狀與發展”一文中對現有技術做了介紹，其存在一定的缺陷在監測成本和效果之間沒能做到很好的平衡，新出現的技術有使監測成本不斷增高的趨勢，采集到的數據卻出現大量冗余，造成了財力物力的浪費。
發明內容
本發明的發明目的在于克服現有技術之不足，提供一種豎桿式橋梁撓度監測系統。為新型的撓度監測技術，可以簡便有效地進行撓度監測，控制數據的冗余，豐富了現有橋梁撓度監測技術。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括計算機，測點處機構；測點處機構與計算機之間通過導線相連。所述的測點處機構，是指布置于橋梁上預期撓度最大的測點處的第一類豎桿，布置于主梁邊緣處的測點處的第二類豎桿，布置于剩余測點處的第三類豎桿，還包括布置于第二類豎桿以及第三類豎桿內的數字式位移傳感器。
所述的第一類豎桿，其中間桿豎直向下，兩個豎向邊桿分布在左右兩邊。豎向中間桿和豎向邊桿之間由水平橫桿連接。
所述的第一類豎桿，其形狀如“山”字。
所述的第二類豎桿，為豎向布置的開口空心桿，內部固結布置有數字式位移傳感器。
所述的第二類豎桿，其截面形狀是圓形，矩形，多邊形任一種。
所述的第三類豎桿，其形狀呈雙條竿狀，包括豎向的開口空心桿和實心曲形桿兩部分。實心曲形桿又包括水平橫桿和豎向邊桿兩部分。在開口空心桿內部固結布置有數字式位移傳感器。
所述第三類豎桿的開口空心桿，其截面形狀是圓形，矩形，多邊形任一種。
所述的測點處機構的豎桿，其第一類豎桿、第二類豎桿、第三類豎桿它們之間的連接關系是第一類豎桿的豎向邊桿伸入相鄰的第三類豎桿的開口空心桿內，與開口空心桿內部的數字式位移傳感器的感應部件之間相接觸，第一類豎桿的水平橫桿的上表面與所述開口空心桿的下端面在豎直方向上緊密接觸；每個第三類豎桿的豎向邊桿伸入相鄰豎桿(第三類豎桿或第二類豎桿)的開口空心桿內，與開口空心桿內部的數字式位移傳感器的感應部件之間同樣相接觸，其水平橫桿的上表面同樣與開口空心桿的下端面在豎直方向上緊密接觸。這樣，各第二類豎桿和第三類豎桿的開口空心桿在豎直方向剛好完全包容內部的豎向邊桿。三類豎桿之所以如此進行設計和連接，出發點和功能在于當橋梁發生下撓時，以上豎桿會隨所在測點發生下降，其豎向下降量可認為等同于所在測點處的撓度。由于各相鄰測點處出現的撓度值是不同的，因此各相鄰豎桿的下降幅度不同。按照前述的豎桿間連接關系，在撓度出現前，各第二類豎桿和第三類豎桿的開口空心桿在豎直方向是剛好完全包容了內部的豎向邊桿的，而撓度出現后，相鄰吊桿下降幅度的差異將導致豎向邊桿相對于所在的開口空心桿會發生一定的豎向相對位移，這一相對位移值就反映出了相鄰測點處撓度值的差異。由于位移傳感器本身固結在開口空心桿內，豎向邊桿與位移傳感器的感應部件是相接觸的，所以位移感應部件將采集到這一相對位移值。為下一步獲取各測點的撓度值提供了基礎。
所述的數字式位移傳感器固結于開口空心桿內，數字式位移傳感器的感應部位與豎向邊桿相接觸，且數字式位移傳感器的信號輸出端與計算機相連接。
本發明的基本工作過程和原理在待測橋梁出現撓度之后，根據以上對測點處三類豎桿設計和連接方案的說明，這三類豎桿的設計和連接方案可以使各相鄰測點之間出現的撓度差值體現為豎向邊桿與所在的開口空心桿之間發生的相對位移值，開口空心桿內部所含的數字式位移傳感器將采集到這一數值。然后數據被傳輸到計算機上進行處理，可達到撓度監測的其中一個主要目的，即得到各測點的撓度值以及橋梁橫向上撓度分布的規律，之后自然就能及時發現各測點處的撓度值達到最大允許值的情況，從而實現了撓度監測的另一主要目的。計算機還有一個作用是控制對數字式位移傳感器的采樣頻率，從而可以方便地控制對撓度數值的獲取頻率，避免出現大量數據冗余的情況。
本發明的有益效果本發明在監測成本和效果之間達到了較好的平衡，能實現橋梁撓度監測的主要目的，可方便地控制撓度數值的獲取頻率，即可以控制數據采集的總量，避免大量冗余數據的出現。從系統本身來說，本系統安裝與維護簡便、量程大、不受惡劣天氣的限制，具有廣泛的適用性。
圖1為本發明的系統結構示意圖。
圖2為第一類豎桿的形狀示意圖。
圖3為第二類豎桿的形狀示意圖。
圖4為第三類豎桿的形狀示意圖。
圖5為圖4的A-A剖面示意圖。
圖6為數據處理示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，對需要進行撓度監測的指定橋梁，首先，在其上選定若干撓度測點，根據撓度分布的定性規律確定預期撓度最大的測點，在該處布置第一類豎桿1，形狀如“山”字，如附圖2所示。其次，在橋梁主梁兩端邊緣處的測點布置第二類豎桿2，為豎直的開口空心桿，在開口空心桿內部的上面固結布置數字式位移傳感器4，如附圖3所示。截面形狀可自由選擇(可選擇圓形，矩形，多邊形等任一種)。最后，在其余測點處布置第三類豎桿3，形狀呈雙條竿狀，如附圖4所示，其剖面示意圖見圖5，在開口空心桿內部的上面同樣固結布置數字式位移傳感器4，開口空心桿的截面形狀可自由選擇(如圓形，矩形，多邊形等任一種)。根據撓度分布的定性規律，使第三類豎桿3的開口空心桿部分相比于實心曲形桿部分位于預期撓度較大的一側，以適應橋梁出現撓度后變形的規律。
布置完上述三類豎桿后，將第一類豎桿1的豎向邊桿伸入相鄰的第三類豎桿3的開口空心桿內，與開口空心桿內部的數字式位移傳感器4的位移感應部件之間相接觸，第一類豎桿1的水平橫桿的上表面與所述開口空心桿的下端面在豎直方向上緊密接觸；每個第三類豎桿3的豎向邊桿伸入相鄰豎桿(第三類豎桿3或第二類豎桿2)的開口空心桿內，與開口空心桿內部的數字式位移傳感器4的位移感應部件之間相接觸，其水平橫桿的上表面同樣與開口空心桿的下端面在豎直方向上緊密接觸。這樣，各第二類豎桿2和第三類豎桿3的開口空心桿在豎直方向剛好完全包容內部的豎向邊桿。將第二類和第三類豎桿內部包含的位移傳感器4的信號輸出端與計算機5進行導線連接。
布置完以上部件之后，可以開始對橋梁的撓度進行監測。當撓度出現以后，數字式位移傳感器4將第二類豎桿2和第三類豎桿3的開口空心桿與其內含的豎向邊桿之間發生的相對位移值采集下來并傳輸到計算機5上。
然后計算機5對數值進行處理，得到各測點的撓度值以及橋梁橫向上撓度分布的規律。具體處理方法是如附圖6所示，從主梁邊緣向跨中方向考察，因為邊緣處撓度為零，該處讀取的撓度差值x1就是相鄰測點1的撓度值，1處讀取的撓度差值x2加上x1即為測點2處的撓度值x1+x2，同理，測點3處的撓度值為x1+x2+x3，以此類推，可得到各個測點處的撓度值。然后根據這些撓度值以及測點的位置，由數據處理軟件進行擬合分析后可得撓度沿橋梁橫向的分布規律。
根據橋梁設計規范和待測橋梁的實際尺寸，各測點處允許發生的最大撓度值是可以預先確定的，通過計算機5上的程序將得到的各測點處撓度值與允許值進行對比，即可及時發現實測的撓度值達到最大允許值的情況，并通過計算機的發聲裝置發出警示信號。
通過計算機5上的程序還可以動態地設定對數字式位移傳感器的數據讀取頻率，從而可以控制撓度數據的獲取頻率，控制所獲取的數據總量。由于在撓度出現的初期，數值較小，采集過多的數據意義不大，故可以采用較低的讀取頻率；而在撓度發展到一定程度后，則應當采用較高的讀取頻率，以及時發現實測值達到允許值的情況。
從以上實施例可以看出，本撓度監測系統布置簡便，達到了監測的主要目的，而且可以控制數據的采集量，避免大量的冗余數據。
權利要求
1.一種豎桿式橋梁撓度監測系統，包括計算機，其特征在于，還包括測點處機構，測點處機構與計算機之間通過導線相連；所述的測點處機構，是指布置于橋梁上預期撓度最大的測點處的第一類豎桿，布置于主梁邊緣處的測點處的第二類豎桿，布置于剩余測點處的第三類豎桿，還包括布置于第二類豎桿以及第三類豎桿內的數字式位移傳感器。
2.如權利要求1所述的豎桿式橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的第一類豎桿，中間桿豎直向下，兩個豎向邊桿分布在左右兩邊，豎向中間桿和豎向邊桿之間由水平橫桿連接。
3.如權利要求1所述的豎桿式橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的第二類豎桿，為豎向布置的開口空心桿，內部固結布置有數字式位移傳感器。
4.如權利要求1或3所述的豎桿式橋梁撓度監測系統，其特征是，所述第二類豎桿，其截面形狀是圓形，矩形，多邊形任一種。
5.如權利要求1所述的豎桿式橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的第三類豎桿，其形狀呈雙條竿狀，包括豎向的開口空心桿和實心曲形桿兩部分；實心曲形桿又包括水平橫桿和豎向邊桿兩部分；在開口空心桿內部固結布置有數字式位移傳感器。
6.如權利要求1或5所述的豎桿式橋梁撓度監測系統，其特征是，所述第三類豎桿，其開口空心桿的截面形狀是圓形，矩形，多邊形任一種。
7.如權利要求1至3、5任一所述的豎桿式橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的測點處機構的豎桿，其第一類豎桿、第二類豎桿、第三類豎桿它們之間的連接關系是第一類豎桿的豎向邊桿伸入相鄰的第三類豎桿的開口空心桿內，與開口空心桿內部的數字式位移傳感器的感應部件之間相接觸，第一類豎桿的水平橫桿的上表面與所述開口空心桿的下端面在豎直方向上緊密接觸；每個第三類豎桿的豎向邊桿伸入相鄰豎桿的開口空心桿內，與開口空心桿內部的數字式位移傳感器的感應部件之間同樣相接觸，其水平橫桿的上表面同樣與開口空心桿的下端面在豎直方向上緊密接觸。
8.如權利要求7所述的橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的數字式位移傳感器，固結于開口空心桿內，數字式位移傳感器的感應部位與豎向邊桿相接觸，且數字式位移傳感器的信號輸出端與計算機相連接。
9.如權利要求1或2所述的橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的第一類吊桿，其形狀如“山”字。
10.如權利要求7所述的橋梁撓度監測系統，其特征是，所述的第一類吊桿，其形狀如“山”字。
全文摘要
一種豎桿式橋梁撓度監測系統，屬于橋梁監測技術領域。本發明包括計算機，測點處機構。測點處機構內的一部分結構與計算機之間通過導線相連。本發明在監測成本和效果之間達到了較好的平衡，能實現橋梁撓度監測的主要目的，可方便地控制撓度數值的獲取頻率，進而控制數據采集的總量，避免大量冗余數據的出現。從系統本身來說，具有安裝與維護簡便、量程大、不受惡劣天氣的限制，適用性強等優點。
文檔編號G01M5/00GK101050993SQ200710040750
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月17日 優先權日2007年5月17日
發明者王藝霖, 方從啟, 劉西拉 申請人:上海交通大學
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