CN108827158A - 一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置及方法，其中，一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，包括调节板、激光测距仪和云计算数据处理服务器，调节板设置在桥塔顶部的中线位置，其板面与桥塔的侧面垂直，激光测距仪设置在桥塔底部的中线位置，所述激光测距仪的轴线与所述板面的夹角为θ，所述激光测距仪连接有无线数据发射器，云计算数据处理服务器，用于接收所述无线数据发射器发出的信号，并根据信号计算桥塔的左右偏移量。本发明，通过调节板将激光测距仪所测得的竖向位移值转换为桥塔的横向左右偏位位移值，并且，通过调整调节板的角度可以对于测量值提供一个精度系数，提高测量的灵敏度和精度。

Description

一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置及方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，具体涉及一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置及方法。

背景技术

近年来大跨径斜拉桥、悬索桥在交通建设中不断涌现，处于迅猛增长的势态，如武汉鹦鹉洲长江大桥、杭瑞高速公路北盘江大桥等。

在上述的大跨径桥梁施工建造过程中，采用大量使用缆索来承重以增加跨度，而缆索都加载在桥塔上，整个桥梁的受力都是通过缆索传递至桥塔然后由桥塔传递至地下基础。由于施工荷载不断改变和受到外部风载等因素的影响，缆索体系桥梁的塔柱的左右偏位与施工同步监测是非常重要的内容，为后期主缆、斜拉索和梁体的施工质量、过程控制提供科学依据。目前，对于桥梁的桥塔偏监测通常采用人工定期测试的方法，即利用全站仪对布设在塔柱上的监测点进行观测，成本高、效率低，所测结果的科学性受人的主观影响因素大；部分施工现场也采用GPS进行主塔偏位监测，但GPS成本高昂，坐标系的转换和数据解算非常繁琐，精度不高。

有鉴于此，急需对现有的大跨径桥梁中对桥塔的监测方式进行改进，增加其测量精度、提高测量效率，同时，降低成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的大跨径桥梁中对桥塔的监测方式存在的测量精度差、测量效率低和监测成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，包括：

调节板，设置在桥塔顶部的中线位置，其板面与桥塔的侧面垂直；

激光测距仪，设置在桥塔底部的中线位置，所述激光测距仪的轴线与所述板面的夹角为θ，所述激光测距仪连接有无线数据发射器；

云计算数据处理服务器，用于接收所述无线数据发射器发出的信号，并根据信号计算桥塔的左右偏移量。

在上述方案中，所述调节板的材质为非镜面反射材料或非透明材料。

在上述方案中，所述调节板的长度为2/sinθm。

在上述方案中，所述激光测距仪连接有太阳能供电装置。

在上述方案中，所述板面与竖直面夹角θ的取值范围为：0°<θ<45°。

本发明还提供了一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测方法，包括以下步骤：

S1、分别在在桥塔顶部和底部的侧面上固定安装调节板和激光测距仪，调节板和激光测距仪同侧设置，且均设置在桥塔的中线位置；

S2、调节激光测距仪，使调节激光测距仪的轴线与桥塔侧面的竖向中心线平行，调整调节板，使调节板与桥塔的侧面垂直，并且同时使激光测距仪的轴线与调节板的板面形成夹角，该夹角为θ；

S3、使激光测距仪连接太阳能供电装置和无线数据发射器；

S4、将云计算数据处理服务器设置在桥梁建造工地指挥中心，通过云计算数据处理服务器接收无线数据发射器发出的信号；

S5、云计算数据处理服务器接收无线数据发射器发出的信号，并以桥塔刚完工后的静止状态为位移平衡点,此时，记录激光测距仪距调节板的初始距离L0，施工过程中，激光测距仪监测激光测距仪距调节板的距离L，通过云计算数据处理服务器计算位移变量ΔL，ΔL为L与L0的差值；

S6、云计算数据处理服务器根据位移公式得出桥塔的偏移量l，位移公式为：

l＝ΔL×tanθ

S7、云计算数据处理服务器存储当前的偏移量l和偏移量l的警戒值lmin、lmax，现场施工人员可通过web浏览器随时查询当前的偏移量l，当l>lmax或者l<lmin时，现场施工人员可通过对讲机频道广播对现场施工的其他作业人员进行预警提示。

在上述方案中，通过改变夹角θ的大小调节监测的灵敏度s，灵敏度s的计算公式为：

s的取值范围为：0<s<1。

在上述方案中，夹角θ＝30°。

与现有技术相比，本发明，通过调节板将激光测距仪所测得的竖向位移值转换为桥塔的横向左右偏位位移值，并且，通过调整调节板的角度可以对于测量值提供一个精度系数，提高测量的灵敏度和精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明对某一样本监测的折线图。

具体实施方式

本发明针对现有技术中采用人工定期测试或利用GPS进行主塔偏位监测方法中存在的测量果的科学性受人的主观影响因素大、GPS测量成本高昂和坐标系的转换和数据解算繁琐等问题，对现有的大跨径桥梁施工中对桥塔的监测方式进行改进，增加其测量精度、提高测量效率，同时，降低成本。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，包括调节板4、激光测距仪5和云计算数据处理服务器8，用于在施工过程中监测桥塔3的偏移量，桥塔3上设有梁体2和桥梁缆索1。调节板4设置在桥塔3顶部的中线位置，其板面与桥塔3的侧面垂直。

激光测距仪5设置在桥塔3底部的中线位置，激光测距仪5的轴线与调节板4的板面的夹角为θ，激光测距仪5连接有无线数据发射器7。优选的，夹角θ的取值范围为：0°<θ<45°，具有较好的测量结果。

云计算数据处理服务器8，用于接收无线数据发射器7发出的信号，本发明，根据激光测距仪5测量其与调节板4的距离计算桥塔3的左右偏移量，具有测量快速、监测精度高的特点，其监测原理为：

以桥塔3刚完工后的静止状态为位移平衡点,通过云计算数据处理服务器8接收无线数据发射器7发出的信号，记录激光测距仪5距调节板4的初始距离L0，该L0即为施工前激光测距仪5与调节板4的正对距离。

施工过程中，激光测距仪5监测激光测距仪5距调节板4的距离L，通过云计算数据处理服务器8计算位移变量ΔL，ΔL为L与L0的差值；

云计算数据处理服务器8根据计算位移变量ΔL并通过位移公式得出桥塔当前的偏移量l，作为施工参考，具体的，位移公式为：

l＝ΔL×tanθ

云计算数据处理服务器8存储当前的偏移量l和偏移量l的警戒值lmin、lmax，现场施工人员可通过web浏览器随时查询当前的偏移量l，当l>lmax或者l<lmin时，现场施工人员可通过对讲机频道广播对现场施工的其他作业人员进行预警提示，及时调整施工，改变桥塔3姿态。

优选的，调节板4所用材料为非镜面反射材料和非透明材料，对激光测距仪5发出的激光能起到漫反射效果，调节板4的最佳长度为2/sinθm。桥塔3偏位过程中，调节板4的宽度方向位移保持不变，调节板4的宽度可以取较窄的范围，保证能准确接收到激光测距仪5的光路即可，优选的宽度为10-30cm。激光测距仪5连接有太阳能供电装置6。

本发明应用于某悬索桥，其主跨长430米，主塔为高105米的门字型混凝土结构，该桥施工完成后进行质量检验，在车辆加载过程中采用本发明进行监测，通过本发明监测到桥梁主塔上主塔上游偏位监测数据，该变化数据的折线图如图2所示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用激光测距仪5作为传感装置，并且将其且布置在桥塔3的底部，设备成本低，安装简单、方便；

(2)通过调节板4巧妙地将激光测距仪5所测得的竖向位移值转换为桥塔3的横向左右偏位位移值，并且，通过调整调节板4的角度，可以对于测量值提供一个精度系数，提高测量的灵敏度和精度；

(3)引入太阳能供电装置6、无线数据发射器7和云计算数据处理服务器8，在大跨径桥梁施工中建立了针对于桥塔3偏位监测的智能监测预警***，实现了数据化和无人化的测量及管理。

本发明还提供了一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测方法，用以实时监测桥塔3的左右偏移量，监测方法包括以下步骤：

S1、分别在在桥塔顶部和底部的侧面上固定安装调节板和激光测距仪，调节板和激光测距仪同侧设置，且均设置在桥塔的中线位置；

S2、调节激光测距仪，使调节激光测距仪的轴线与桥塔侧面的竖向中心线平行，调整调节板，使调节板与桥塔的侧面垂直，并且同时使激光测距仪的轴线与调节板的板面形成夹角，该夹角为θ；

S3、使激光测距仪连接太阳能供电装置和无线数据发射器；

S4、将云计算数据处理服务器设置在桥梁建造工地指挥中心，通过云计算数据处理服务器接收无线数据发射器发出的信号；

S5、云计算数据处理服务器接收无线数据发射器发出的信号，并以桥塔刚完工后的静止状态为位移平衡点,此时，记录激光测距仪距调节板的初始距离L0，施工过程中，激光测距仪监测激光测距仪距调节板的距离L，通过云计算数据处理服务器计算位移变量ΔL，ΔL为L与L0的差值；

S6、云计算数据处理服务器根据位移公式得出桥塔的偏移量l，位移公式为：

l＝ΔL×tanθ

S7、云计算数据处理服务器存储当前的偏移量l和偏移量l的警戒值lmin、lmax，现场施工人员可通过web浏览器随时查询当前的偏移量l，当l>lmax或者l<lmin时，现场施工人员可通过对讲机频道广播对现场施工的其他作业人员进行预警提示。

在上述步骤中，可通过改变夹角θ的大小调节监测的灵敏度s，灵敏度s的计算公式为：

其中，0°<θ<45°，也即灵敏度s的取值范围为：0<s<1。

当夹角θ＝30°时，为较优化、合理的选择，既适当提高了监测的精度也兼顾了调节板的长度，避免因其长度过长导致不易安装。

与现有技术相比，本发明，通过调节板将激光测距仪所测得的竖向位移值转换为桥塔的横向左右偏位位移值，并且，通过调整调节板的角度可以对于测量值提供一个精度系数，提高测量的灵敏度和精度。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，其特征在于，包括：

调节板，设置在桥塔顶部的中线位置，其板面与桥塔的侧面垂直；

激光测距仪，设置在桥塔底部的中线位置，所述激光测距仪的轴线与所述板面的夹角为θ，所述激光测距仪连接有无线数据发射器；

云计算数据处理服务器，用于接收所述无线数据发射器发出的信号，并根据信号计算桥塔的左右偏移量。

2.根据权利要求1所述的一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，其特征在于，所述调节板的材质为非镜面反射材料或非透明材料。

3.根据权利要求1所述的一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，其特征在于，所述调节板的长度为2/sinθm。

4.根据权利要求1所述的一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，其特征在于，所述激光测距仪连接有太阳能供电装置。

5.根据权利要求1所述的一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测装置，其特征在于，所述板面与竖直面夹角θ的取值范围为：0°<θ<45°。

6.一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、分别在在桥塔顶部和底部的侧面上固定安装调节板和激光测距仪，调节板和激光测距仪同侧设置，且均设置在桥塔的中线位置；

S2、调节激光测距仪，使调节激光测距仪的轴线与桥塔侧面的竖向中心线平行，调整调节板，使调节板与桥塔的侧面垂直，并且同时使激光测距仪的轴线与调节板的板面形成夹角，该夹角为θ；

S3、使激光测距仪连接太阳能供电装置和无线数据发射器；

S4、将云计算数据处理服务器设置在桥梁建造工地指挥中心，通过云计算数据处理服务器接收无线数据发射器发出的信号；

S5、云计算数据处理服务器接收无线数据发射器发出的信号，并以桥塔刚完工后的静止状态为位移平衡点,此时，记录激光测距仪距调节板的初始距离L0，施工过程中，激光测距仪监测激光测距仪距调节板的距离L，通过云计算数据处理服务器计算位移变量ΔL，ΔL为L与L0的差值；

S6、云计算数据处理服务器根据位移公式得出桥塔的偏移量l，位移公式为：

l＝ΔL×tanθ

S7、云计算数据处理服务器存储当前的偏移量l和偏移量l的警戒值lmin、lmax，现场施工人员可通过web浏览器随时查询当前的偏移量l，当l>lmax或者l<lmin时，现场施工人员可通过对讲机频道广播对现场施工的其他作业人员进行预警提示。

7.根据权利要求6所述的一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测方法，其特征在于，通过改变夹角θ的大小调节监测的灵敏度s，灵敏度s的计算公式为：

s的取值范围为：0<s<1。

8.根据权利要求7所述的一种大跨径桥梁主塔偏位激光监测方法，其特征在于，夹角θ＝30°。