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的制作方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及结构监测技术领域，具体涉及一种梁式桥钢结构的振动安全监测的方式。背景技术：2.钢结构装配式建筑是以钢结构为结构体系，以部品部件工厂化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理为主要特征的一种新型的标准化、模数化的建筑体系，具有快速、高效、现场作业少、抗震性能好等优点，易于实现建筑产业现代化和工业化。大力开发、推广钢结构装配式建筑已经上升为国策，并且成为当前我国建筑工业发展的主要方向。3.近几年来，国际和国内相继发生了多起钢结构建筑的坍塌、火灾等事故，所以大力发展、推广钢结构装配式建筑的过程中对于钢结构装配式建筑的安全监测技术研发和应用非常重要。虽然钢结构装配式建筑的设计、加工、安装等过程中都有国家和行业的相关标准，但是目前，还没有从系统性的角度来形成这类建筑的安全监测技术体系和标准，相关的技术研发和工程应用也非常少，甚至处于空白状态。因此，系统研发和应用推广相关的安全监测技术，不仅对于建筑安全有重大意义，而且更加有利于钢结构装配式各类建筑的应用推广。技术实现要素：4.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，通过测速传感器和振动测量传感器所测量的数据可以得出桥梁的振动频率，初步判断桥梁的振动情况，从而判断该梁式桥是否处于安全状态。5.为实现上述目的，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，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；6.所述的传感器子系统、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依次连接；7.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；8.所述的数据采集与处理子系统把监测到的数据通过数据传输子系统实时传给计算机，由网络分析仪进行分析处理；9.所述的信息分析和监控预警子系统由高性能计算机平台、数据分析软件、专家分析系统和报警系统组成。10.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。11.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：12.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；13.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；14.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；15.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；16.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：[0017][0018]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：[0019][0020]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。[0021]进一步地，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；[0022]进一步地，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。[0023]进一步地，根据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等相关数据，利用公式可以判断桥梁钢结构的振动状态，公式为：[0024][0025]式中，f为桥梁钢结构振动频率，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；[0026]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。[0027]进一步地，把检测结果返回监控预警子系统，在任何一个传感器检测到异常状态时发出报警信号。附图说明[0028]图1是本发明结构中的部分传感器安装点分布图；[0029]图2是本发明监测方法的流程图；[0030]以上内容仅仅是对本发明结构所作的说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体结构做各种各样的修改或补充，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。技术特征：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。技术总结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。康状态和检修工作提供参考。康状态和检修工作提供参考。技术研发人员：王路伽 张乐彬 李立武 吴立文受保护的技术使用者：徐州中煤百甲重钢科技股份有限公司技术研发日：2022.04.20技术公布日：2022/8/30









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