CN108387213B - 桥墩监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桥墩监测方法，包括：加工多个光纤光栅监测件，各光纤光栅监测件均具有光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计，且光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计均与解调仪连接；待桥梁施工完成后，沿桥梁的延伸方向，在桥梁的桥墩的顶部安装光纤光栅监测件，且各光纤光栅监测件之间通过光纤连接；选定一个沉降值和倾斜角度均为零的桥墩作为基准桥墩，在基准桥墩上设置供液箱体，其他桥墩上均设置光纤光栅监测件，将供液箱体与光纤光栅液位计连接以为光纤光栅液位计供液；根据光纤光栅监测件测得的数据判断桥墩的沉降和倾斜情况。本发明解决了现有技术中的桥墩无法实时有效地进行监测的问题。

Description

桥墩监测方法

技术领域

本发明涉及工程建筑技术领域，具体而言，涉及一种桥墩监测方法。

背景技术

桥墩的稳定性直接关系到桥梁结构的安全，为了确保桥梁的安全使用，必须对桥墩进行监测，以确定其形变状态。由于桥梁桥墩形变主要表现在沉降和倾斜上，所以对高铁桥墩不均匀沉降和倾斜进行监测是十分必要的。目前运用的监测技术主要还是依托传统的监测方法，运用全站仪等对其监测，监测周期较长，往往不能实时有效的进行监测，将现场状况实时的反馈出来。而且人为误差较大，不利于桥梁运行过程中的健康监测。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种桥墩监测方法，以解决现有技术中的桥墩无法实时有效地进行监测的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种桥墩监测方法，包括：加工多个光纤光栅监测件，各光纤光栅监测件均具有光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计，且光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计均与解调仪连接；待桥梁施工完成后，沿桥梁的延伸方向，在桥梁的桥墩的顶部安装光纤光栅监测件，且各光纤光栅监测件之间通过光纤连接；选定一个沉降值和倾斜角度均为零的桥墩作为基准桥墩，在基准桥墩上设置供液箱体，其他桥墩上均设置光纤光栅监测件，将供液箱体与光纤光栅液位计连接以为光纤光栅液位计供液；根据光纤光栅监测件测得的数据判断桥墩的沉降和倾斜情况。

进一步地，光纤光栅液位计包括：波纹管，波纹管的两端封闭；液位光栅，液位光栅设置在波纹管的内表面的上部，液位光栅通过光纤与解调仪连接；储液箱体，波纹管设置在储液箱体内，储液箱体通过底座与桥墩连接，且储液箱体与供液箱体连通，波纹管的两端固定在储液箱体的底部。

进一步地，储液箱体的顶部设置有进水口、出水口和导线口，靠近基准桥墩的储液箱体的进水口与供液箱体连通，且出水口与另一个储液箱体的进水口连通，光纤通过导线口穿出并与解调仪连接。

进一步地，供液箱体的液面高度高于储液箱体的高度。

进一步地，光纤光栅液位计测量的波长λ与相应的桥墩的沉降值h之间的关系为：

其中，K_p为光纤光栅液位计的液位与波长的比值，K_t为波长偏移量与温度的比值，λ₀为光纤光栅液位计的初始波长，T₀为λ₀检测时的温度值，T为λ检测时的温度值，ρ为波纹管内的液体的密度，g为重力加速度。

进一步地，光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计均通过底座设置在桥墩上。

进一步地，光纤光栅倾角计的两个倾角光栅测量的两个波长λ₁和λ₂与相应的桥墩的倾斜角度I之间的关系为：

I＝K_s·[(λ₁-λ₁₀)+(λ₂-λ₂₀)]，

其中，K_s为光纤光栅倾角计的倾斜角度与波长的比值，λ₁₀为λ₁测量的初始波长，λ₂₀为λ₂测量的初始波长。

进一步地，光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计各自串联后分别与一个解调仪连接，且解调仪与解调上位机连接以处理采集到的数据。

进一步地，当光纤光栅监测件采集到的桥墩的沉降值或倾斜角度大于预设标准值时，桥墩存在风险；或当光纤光栅监测件采集到的桥墩的沉降值和倾斜角度小于或等于预设标准值时，桥墩安全。

应用本发明的技术方案，在桥墩的顶部设置光纤光栅监测件，通过光栅的作用将桥墩的沉降和倾斜情况以测量波长的形式反映出来，再通过解调仪得到相应的沉降值和倾斜角度。光纤光栅液位计用于监测桥墩的沉降情况，基准桥墩上的供液箱体为光纤光栅液位计供液实现光纤光栅液位计的监测作用。光纤光栅倾角计用于监测桥墩的倾斜情况，根据二者测得的数据即可判断桥墩的沉降和倾斜情况，实现实时监测的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的桥墩监测方法中的桥墩沉降监测示意图；

图2示出了本发明的桥墩监测方法中的桥墩倾斜监测示意图；以及

图3示出了图1中的光纤光栅液位计的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、光纤光栅液位计；111、波纹管；112、液位光栅；113、储液箱体；114、进水口；115、出水口；116、导线口；117、底座；12、光纤光栅倾角计；20、解调仪；30、桥墩；40、供液箱体；50、解调上位机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的桥墩无法实时有效地进行监测的问题，本发明提供了一种桥墩监测方法。

如图1和图2所示的一种桥墩监测方法，包括：加工多个光纤光栅监测件，各光纤光栅监测件均具有光纤光栅液位计11和光纤光栅倾角计12，且光纤光栅液位计11和光纤光栅倾角计12均与解调仪20连接；待桥梁施工完成后，沿桥梁的延伸方向，在桥梁的桥墩30的顶部安装光纤光栅监测件，且各光纤光栅监测件之间通过光纤连接；选定一个沉降值和倾斜角度均为零的桥墩30作为基准桥墩，在基准桥墩上设置供液箱体40，其他桥墩30上均设置光纤光栅监测件，将供液箱体40与光纤光栅液位计11连接以为光纤光栅液位计11供液；根据光纤光栅监测件测得的数据判断桥墩30的沉降和倾斜情况。

具体地，在桥墩30的顶部设置光纤光栅监测件，通过光栅的作用将桥墩30的沉降和倾斜情况以测量波长的形式反映出来，再通过解调仪20得到相应的沉降值和倾斜角度。光纤光栅液位计11用于监测桥墩30的沉降情况，基准桥墩上的供液箱体40为光纤光栅液位计11供液实现光纤光栅液位计11的监测作用。光纤光栅倾角计12用于监测桥墩30的倾斜情况，根据二者测得的数据即可判断桥墩30的沉降和倾斜情况，实现实时监测的目的。

如图3所示，光纤光栅液位计11包括波纹管111、液位光栅112和储液箱体113，波纹管111的两端封闭；液位光栅112设置在波纹管111的内表面的上部，液位光栅112通过光纤与解调仪20连接；波纹管111设置在储液箱体113内，储液箱体113通过底座117与桥墩30连接，且储液箱体113与供液箱体40连通，波纹管111的两端固定在储液箱体113的底部。

本实施例中的光纤光栅液位计11为改进型光纤光栅液位计，具体而言，光纤光栅液位计11主要是由设置在波纹管111上的液位光栅112实现测量的，供液箱体40与储液箱体113连通以使储液箱体113内充满液体，波纹管111设置在储液箱体113内且波纹管111的两端均封闭以形成中空的管体，在管体的内表面上设置有液位光栅112，通过液位光栅112感应液体压强。波纹管111可以直接固定在储液箱体113的底面上，当然也可以将波纹管111和连接液位光栅112的光纤沿着储液箱体113的内部空间布设，以保证其有效连接和稳定性。

在本实施例中，储液箱体113与桥墩30之间是通过底座117连接的，底座117在桥墩30上的投影的面积比储液箱体113的投影面积更大，以便于将光纤光栅倾角计12或其他组件也安装在底座117上。考虑到桥墩30的顶部的表面可能会不便于直接安装储液箱体113，因而增加底座117，且底座117能够通过螺栓组件固定在桥墩30上，方便进行储液箱体113的安装，极大提高了安装效率。同时底座117本身能够起到一定的配重作用，保证储液箱体113未供液时的稳定性。

可选地，储液箱体113的顶部设置有进水口114、出水口115和导线口116，靠近基准桥墩的储液箱体113的进水口114与供液箱体40连通，且出水口115与另一个储液箱体113的进水口114连通，光纤通过导线口116穿出并与解调仪20连接。

具体地，在储液箱体113的顶部开设有进水口114和出水口115，且靠近基准桥墩的桥墩30上的储液箱体113的进水口114通过连接水管与供液箱体40的出水口115连接，沿远离基准桥墩的方向，一个储液箱体113的出水口115依次与下一个储液箱体113的进水口114连通，最后一个储液箱体113的出水口115设置有向上伸出的伸出段，以将供液箱体40和所有储液箱体113形成一个连通器。在储液箱体113的顶部还设置有导线口116，连接光栅的光纤能够从导线口116中穿出以与解调仪20连接。在导线口116上还可以设置有密封结构，以保证储液箱体113的液体不会从导线口116溢出。在本实施例中的各光纤光栅液位计11的液位光栅112通过光纤串联后连接到一个解调仪20上。

需要说明的是，供液箱体40的液面高度要高于储液箱体113的高度，以使储液箱体113内充满液体且无气泡。

本实施例中的光纤光栅液位计11和光纤光栅倾角计12各自串联后分别与一个解调仪20连接，以实现远距离信号传输，当然也可以将光纤光栅液位计11和光纤光栅倾角计12与同一个解调仪20连接。并且解调仪20与解调上位机50连接以处理采集到的数据，计算方法如下：

光纤光栅液位计11测量的波长λ与相应的桥墩30的沉降值h之间的关系为：

其中，K_p为光纤光栅液位计11的液位与波长的比值，K_t为波长偏移量与温度的比值，λ₀为光纤光栅液位计11的初始波长，单位为米，T₀为λ₀检测时的温度值，单位为开尔文K，T为λ检测时的温度值，单位为开尔文K，ρ为波纹管111内的液体的密度，单位为kg/m³，g为重力加速度，单位为m/s²。

光纤光栅倾角计12的两个倾角光栅测量的两个波长λ₁和λ₂与相应的桥墩30的倾斜角度I之间的关系为：

I＝K_s·[(λ₁-λ₁₀)+(λ₂-λ₂₀)]，

其中，K_s为光纤光栅倾角计12的倾斜角度与波长的比值，λ₁₀为λ₁测量的初始波长，单位为米，λ₂₀为λ₂测量的初始波长，单位为米。

当光纤光栅监测件采集到的桥墩30的沉降值或倾斜角度大于预设标准值时，桥墩30存在风险；

当光纤光栅监测件采集到的桥墩30的沉降值和倾斜角度均小于或等于预设标准值时，桥墩30安全。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、采用改进型的光纤光栅液位计和光纤光栅倾角计监测技术，可以实现对桥梁的沉降桥墩沉降和倾斜进行实时监测；

2、实现数据的长远距离传输，而且可以保证数据的准确和稳定性；

3、可以长期对桥梁桥墩进行监测，及时作出判断预警。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种桥墩监测方法，其特征在于，包括：

加工多个光纤光栅监测件，各所述光纤光栅监测件均具有光纤光栅液位计(11)和光纤光栅倾角计(12)，且所述光纤光栅液位计(11)和所述光纤光栅倾角计(12)均与解调仪(20)连接；

待桥梁施工完成后，沿所述桥梁的延伸方向，在所述桥梁的桥墩(30)的顶部安装所述光纤光栅监测件，且各所述光纤光栅监测件之间通过光纤连接；

选定一个沉降值和倾斜角度均为零的所述桥墩(30)作为基准桥墩，在所述基准桥墩上设置供液箱体(40)，其他所述桥墩(30)上均设置所述光纤光栅监测件，将所述供液箱体(40)与所述光纤光栅液位计(11)连接以为所述光纤光栅液位计(11)供液；

根据所述光纤光栅监测件测得的数据判断所述桥墩(30)的沉降和倾斜情况；

所述光纤光栅液位计(11)包括：

波纹管(111)，所述波纹管(111)的两端封闭；

液位光栅(112)，所述液位光栅(112)设置在所述波纹管(111)的内表面的上部，所述液位光栅(112)通过光纤与所述解调仪(20)连接；

储液箱体(113)，所述波纹管(111)设置在所述储液箱体(113)内，所述储液箱体(113)通过底座(117)与所述桥墩(30)连接，且所述储液箱体(113)与所述供液箱体(40)连通，所述波纹管(111)的两端固定在所述储液箱体(113)的底部。

2.根据权利要求1所述的桥墩监测方法，其特征在于，所述储液箱体(113)的顶部设置有进水口(114)、出水口(115)和导线口(116)，靠近所述基准桥墩的所述储液箱体(113)的所述进水口(114)与所述供液箱体(40)连通，且所述出水口(115)与另一个所述储液箱体(113)的所述进水口(114)连通，所述光纤通过所述导线口(116)穿出并与所述解调仪(20)连接。

3.根据权利要求1所述的桥墩监测方法，其特征在于，所述供液箱体(40)的液面高度高于所述储液箱体(113)的高度。

4.根据权利要求1所述的桥墩监测方法，其特征在于，所述光纤光栅液位计(11)测量的波长λ与相应的所述桥墩(30)的沉降值h之间的关系为：

其中，K_p为所述光纤光栅液位计(11)的液位与波长的比值，K_t为波长偏移量与温度的比值，λ₀为所述光纤光栅液位计(11)的初始波长，T₀为λ₀检测时的温度值，T为λ检测时的温度值，ρ为所述波纹管(111)内的液体的密度，g为重力加速度。

5.根据权利要求1所述的桥墩监测方法，其特征在于，所述光纤光栅液位计(11)和所述光纤光栅倾角计(12)均通过底座(117)设置在所述桥墩(30)上。

6.根据权利要求5所述的桥墩监测方法，其特征在于，所述光纤光栅倾角计(12)的两个倾角光栅测量的两个波长λ₁和λ₂与相应的所述桥墩(30)的倾斜角度I之间的关系为：

I＝K_s·[(λ₁-λ₁₀)+(λ₂-λ₂₀)]，

其中，K_s为所述光纤光栅倾角计(12)的倾斜角度与波长的比值，λ₁₀为λ₁测量的初始波长，λ₂₀为λ₂测量的初始波长。

7.根据权利要求1所述的桥墩监测方法，其特征在于，所述光纤光栅液位计(11)和所述光纤光栅倾角计(12)各自串联后分别与一个所述解调仪(20)连接，且所述解调仪(20)与解调上位机(50)连接以处理采集到的数据。

8.根据权利要求1所述的桥墩监测方法，其特征在于，

当所述光纤光栅监测件采集到的桥墩(30)的沉降值或倾斜角度大于预设标准值时，所述桥墩(30)存在风险；或

当所述光纤光栅监测件采集到的桥墩(30)的沉降值和倾斜角度小于或等于所述预设标准值时，所述桥墩(30)安全。

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