CN115762074A - 一种桥梁安全监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁安全监测方法，其包括设置在两跨梁连接位置的拉力传感器和位移传感器，设置在跨梁两端的称重区域，设置在桥梁上方的风速风向传感器；设置在桥墩上端的定位传感器，监测方法包括步骤S1‑S11。本发明建设成一套桥梁安全综合智能检测***，并通过实时的监测方法，实现对桥梁结构的无损监测、对预期产生的危害进行预警，并可对结构的损伤位置和程度进行诊断，对结构的可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，同时还具有对桥梁上方的拥堵情况进行监控的过程，避免车辆在桥梁上进行违章停放，增加桥梁的负荷，在突发事件或结构使用状况严重异常时触发预警、报警信号，为结构的维修、养护、防护与管理决策提供及时的决策依据和指导。

Description

一种桥梁安全监测方法

技术领域

本发明涉及桥梁安全技术领域，具体涉及一种桥梁安全监测方法。

背景技术

桥梁一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。桥梁一般由跨梁、桥墩和附属构造物组成，跨梁是跨越障碍的主要结构，桥墩是基础。随着国家经济的飞速发展，随着时间的推移，会出现越来越多的“高龄”桥梁，这些桥梁在反复遭受各种荷载的作用，材料的疲劳与腐蚀，以及自然因素的破坏，桥梁的安全存在一定隐患；而桥梁破坏造成的损失无法估量，因此桥梁及时监测桥梁的健康极为重要。现有对桥梁监测的手段是通过检修人员巡逻，分时段对桥梁进行检修，但是这种检修对桥梁的风险监控往往不及时，同时受到例如台风、大雨等环境的限制。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种多参数结合、实时数据采集与监控的桥梁安全监测方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种桥梁安全监测方法，其包括设置在两跨梁连接位置的拉力传感器和位移传感器，拉力传感器监测桥墩上两跨梁之间的拉力，位移传感器监测两跨梁之间的位移量；设置在跨梁两端的称重区域，称重区域内设置有称重传感器，对进入每个跨梁上汽车的重量进行监测；设置在桥梁上方的风速风向传感器，风速风向传感器监测桥梁实时经受的风速和风向；设置在桥墩上端的定位传感器，定位传感器获取桥墩上端的坐标信息和海拔信息；定位传感器、风速风向传感器、振动传感器和称重传感器均与桥梁安全监控中心连接；

对桥梁安全进行监控的方法包括：

S1：建立以海平面为XOY平面的三维坐标系，竖直方向为Z轴方向，且桥梁的中点在Z轴上，桥梁的长度方向在X轴上；

S2：采集桥墩设计的海拔高度和坐标信息，并转化成在三维坐标系内的坐标A(x_A0，y_A0，z_A0)，其中，A为桥墩的上端定位传感器的安装点；z_A0等于桥墩设计的海拔高度；

S3：当市政环境监控后台发出大风预警时，风速风向传感器每隔一段设定时间t采集一次风速v和风向f；

S4：计算风速v对垂直桥梁侧面垂直施加的风速分量v'：v′＝v·tanθ，其中，θ为风向f与X轴的夹角；

S5：将风速分量v'与桥梁设计的抗横向风速阈值V进行比较，若v'≥V，则判定桥梁可能遭到大风破坏，执行步骤S6；否则桥梁安全，返回步骤S3；

S6：采集此时桥墩上端的定位传感器的坐标信息A'(x_A1，y_A1，z_A1)；

S7：计算桥墩的上端发生摆动的偏移量

和沉降量D：D＝|z_A1-z_A0|；

S8：将偏移量L与桥墩设计时允许的摆动幅度L'进行比较，若L≥L'，则判定桥墩出现风险，桥梁安全监测中心生成桥墩风险报告信息，并进行桥墩风险报警，将桥墩风险报警信息发送给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，封锁桥梁；否则，桥墩未出现风险，执行步骤S9；

S9：采集两跨梁之间的拉力f和位移s，将位移s与允许的位移量s'进行比较；

若s≥s'，则判定跨梁在桥墩上出现风险位移，桥梁安全监控中心生成跨梁风险报告信息，并进行跨梁风险报警，跨梁风险报告信息发送给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，封锁桥梁；

若s＜s'，执行步骤S10；

S10：将拉力f与两跨梁之间的设计拉力值f'作差，得到拉力波动值Δf：Δf＝f-f'，将拉力波动值Δf与波动允许阈值Δf'进行比较；

若Δf≥Δf'，则判定跨梁可能会出现位移，桥梁安全监控中心生成跨梁风险预警报告信息，并将跨梁风险预警报告信息发送给桥梁检修人员，提醒桥梁检修人员上桥检修跨梁之间连接结构是否安全；

若Δf＜Δf'，则判定此次大风预警未影响桥梁安全，返回步骤S3；

S11：称重传感器采集跨梁两端驶入和驶出的车辆的重量，计算跨梁上堆积车辆的重量；

在跨梁的驶入端采集t₁时长内驶入跨梁上车辆的总重量T₁，在跨梁的驶出端采集t₁时长内驶出跨梁上车辆的总重量T₂，

若T₂＜T₁，则判定此时段跨梁上车辆出现堵塞或有车辆出现违规停放，桥梁安全监控中心发送跨梁上车辆较多信息给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，对驶入车辆进行临时管制；

设定时间t₂后，t₂＝S/V'，S为跨梁的长度，V'跨梁上车辆的最低限速；采集t₂时间段内跨梁驶出端的车辆重量T₃；

若T₃＜T₁-T₂，则判定此时段跨梁上出现车辆违规停放，交管部门启动跨梁上的摄像头对违规停放车辆进行抓拍；

若T₃≥T₁-T₂，则判定跨梁上已经疏通，交管部门启动跨梁驶入端的允许驶入的交通信号灯；

若T₂≥T₁，则判定此时段跨梁上畅通。

进一步地，还包括：

S12：获取一段时间内采集的风速分量v'、偏移量L、拉力波动值Δf和位移s，分别形成风速分量数据组(v'₁，v'₂，···，v'_n)、偏移量数据组(L₁，L₂，···，L_n)、拉力波动值数据组(Δf₁，Δf₂，···，Δf_n)和位移数据组(s₁，s₂，···，s_n)，n为采集的次数；

S13：建立多参数的桥梁寿命评估概率模型：

其中，σ₁为风速分量数据组内的风速分量标准差，σ₂为偏移量数据组内的偏移量标准差，σ₃为拉力波动值数据组内的拉力波动值标准差，σ₄为位移数据组内的位移标准差；

为风速分量数据组内的风速分量均值，

为偏移量数据组内的偏移量均值，

为拉力波动值数据组内的拉力波动值均值，

为位移数据组内的位移均值；P_u为寿命评估概率的参考值；

S14：将风速分量数据组、偏移量数据组、拉力波动值数据组和位移数据组代入桥梁寿命评估概率模型中，建立寿命评估概率与风速分量、偏移量、拉力波动值和位移的分布图，寿命评估概率为纵坐标，风速分量、偏移量、拉力波动值和位移作为横坐标，以参考值作为参考横线，对桥梁寿命进行评估。

本发明的有益效果为：本发明建设成一套桥梁安全综合智能检测***，并通过实时的监测方法，实现对桥梁结构的无损监测、对预期产生的危害进行预警，并可对结构的损伤位置和程度进行诊断，对结构的可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，同时还具有对桥梁上方的拥堵情况进行监控的过程，避免车辆在桥梁上进行违章停放，增加桥梁的负荷，在突发事件或结构使用状况严重异常时触发预警、报警信号，为结构的维修、养护、防护与管理决策提供及时的决策依据和指导。

附图说明

图1为基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本方案的桥梁安全监测方法包括设置在两跨梁连接位置的拉力传感器和位移传感器，拉力传感器监测桥墩上两跨梁之间的拉力，位移传感器监测两跨梁之间的位移量；设置在跨梁两端的称重区域，称重区域内设置有称重传感器，对进入每个跨梁上汽车的重量进行监测；设置在桥梁上方的风速风向传感器，风速风向传感器监测桥梁实时经受的风速和风向；设置在桥墩上端的定位传感器，定位传感器获取桥墩上端的坐标信息和海拔信息；定位传感器、风速风向传感器、振动传感器和称重传感器均与桥梁安全监控中心连接；

对桥梁安全进行监控的方法包括：

S1：建立以海平面为XOY平面的三维坐标系，竖直方向为Z轴方向，且桥梁的中点在Z轴上，桥梁的长度方向在X轴上；

S2：采集桥墩设计的海拔高度和坐标信息，并转化成在三维坐标系内的坐标A(x_A0，y_A0，z_A0)，其中，A为桥墩的上端定位传感器的安装点；z_A0等于桥墩设计的海拔高度；

S3：当市政环境监控后台发出大风预警时，风速风向传感器每隔一段设定时间t采集一次风速v和风向f；

S4：计算风速v对垂直桥梁侧面垂直施加的风速分量v'：v′＝v·tanθ，其中，θ为风向f与X轴的夹角；

S5：将风速分量v'与桥梁设计的抗横向风速阈值V进行比较，若v'≥V，则判定桥梁可能遭到大风破坏，需要进一步对桥梁的安全风险进行确认，执行步骤S6；否则，证明桥梁设计的抗风强度完全能抵抗此次大风，桥梁安全，返回步骤S3，等待下次大风时启动安全监测机制；

S6：采集此时桥墩上端的定位传感器的坐标信息A'(x_A1，y_A1，z_A1)；

S7：计算桥墩的上端发生摆动的偏移量

和沉降量D：D＝|z_A1-z_A0|；

S8：将偏移量L与桥墩设计时允许的摆动幅度L'进行比较，若L≥L'，则判定桥墩出现风险，桥梁安全监测中心生成桥墩风险报告信息，并进行桥墩风险报警，将桥墩风险报警信息发送给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，封锁桥梁；否则，桥墩未出现风险，执行步骤S9；

S9：采集两跨梁之间的拉力f和位移s，将位移s与允许的位移量s'进行比较；

若s≥s'，则判定跨梁在桥墩上出现风险位移，桥梁安全监控中心生成跨梁风险报告信息，并进行跨梁风险报警，跨梁风险报告信息发送给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，封锁桥梁；

若s＜s'，执行步骤S10；

S10：将拉力f与两跨梁之间的设计拉力值f'作差，得到拉力波动值Δf：Δf＝f-f'，将拉力波动值Δf与波动允许阈值Δf'进行比较；

若Δf≥Δf'，则判定跨梁可能会出现位移，桥梁安全监控中心生成跨梁风险预警报告信息，并将跨梁风险预警报告信息发送给桥梁检修人员，提醒桥梁检修人员上桥检修跨梁之间连接结构是否安全；

若Δf＜Δf'，则判定此次大风预警未影响桥梁安全，返回步骤S3；

S11：称重传感器采集跨梁两端驶入和驶出的车辆的重量，计算跨梁上堆积车辆的重量；

在跨梁的驶入端采集t₁时长内驶入跨梁上车辆的总重量T₁，在跨梁的驶出端采集t₁时长内驶出跨梁上车辆的总重量T₂，

若T₂＜T₁，则判定此时段跨梁上车辆出现堵塞或有车辆出现违规停放，桥梁安全监控中心发送跨梁上车辆较多信息给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，对驶入车辆进行临时管制；

设定时间t₂后，t₂＝S/V'，S为跨梁的长度，V'跨梁上车辆的最低限速；采集t₂时间段内跨梁驶出端的车辆重量T₃；

若T₃＜T₁-T₂，则判定此时段跨梁上出现车辆违规停放，交管部门启动跨梁上的摄像头对违规停放车辆进行抓拍；

若T₃≥T₁-T₂，则判定跨梁上已经疏通，交管部门启动跨梁驶入端的允许驶入的交通信号灯；

若T₂≥T₁，则判定此时段跨梁上畅通。

还包括：

S12：获取一段时间内采集的风速分量v'、偏移量L、拉力波动值Δf和位移s，分别形成风速分量数据组(v'₁，v'₂，···，v'_n)、偏移量数据组(L₁，L₂，···，L_n)、拉力波动值数据组(Δf₁，Δf₂，···，Δf_n)和位移数据组(s₁，s₂，···，s_n)，n为采集的次数；

S13：建立多参数的桥梁寿命评估概率模型：

其中，σ₁为风速分量数据组内的风速分量标准差，σ₂为偏移量数据组内的偏移量标准差，σ₃为拉力波动值数据组内的拉力波动值标准差，σ₄为位移数据组内的位移标准差；

为风速分量数据组内的风速分量均值，

为偏移量数据组内的偏移量均值，

为拉力波动值数据组内的拉力波动值均值，

为位移数据组内的位移均值；P_u为寿命评估概率的参考值；

S14：将风速分量数据组、偏移量数据组、拉力波动值数据组和位移数据组代入桥梁寿命评估概率模型中，建立寿命评估概率与风速分量、偏移量、拉力波动值和位移的分布图，寿命评估概率为纵坐标，风速分量、偏移量、拉力波动值和位移作为横坐标，以参考值作为参考横线，对桥梁寿命进行评估。

当经历过多次大风后，风速分量、偏移量、拉力波动值和位移出现超过对应阈值的频率越高，寿命评估概率的参考值作为参考值，风速分量、偏移量、拉力波动值和位移参数对应的曲线在参考横线上方的数量越多，证明桥梁可以使用的寿命越短，桥梁越不安全。

本发明建设成一套桥梁安全综合智能检测***，并通过实时的监测方法，实现对桥梁结构的无损监测、对预期产生的危害进行预警，并可对结构的损伤位置和程度进行诊断，对结构的可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，同时还具有对桥梁上方的拥堵情况进行监控的过程，避免车辆在桥梁上进行违章停放，增加桥梁的负荷，在突发事件或结构使用状况严重异常时触发预警、报警信号，为结构的维修、养护、防护与管理决策提供及时的决策依据和指导。

Claims (2)

1.一种桥梁安全监测方法，其特征在于，包括设置在两跨梁连接位置的拉力传感器和位移传感器，所述拉力传感器监测桥墩上两跨梁之间的拉力，所述位移传感器监测两跨梁之间的位移量；设置在跨梁两端的称重区域，所述称重区域内设置有称重传感器，对进入每个跨梁上汽车的重量进行监测；设置在桥梁上方的风速风向传感器，所述风速风向传感器监测桥梁实时经受的风速和风向；设置在桥墩上端的定位传感器，所述定位传感器获取桥墩上端的坐标信息和海拔信息；所述定位传感器、风速风向传感器、振动传感器和称重传感器均与桥梁安全监控中心连接；

对桥梁安全进行监控的方法包括：

S1：建立以海平面为XOY平面的三维坐标系，竖直方向为Z轴方向，且桥梁的中点在Z轴上，桥梁的长度方向在X轴上；

S2：采集桥墩设计的海拔高度和坐标信息，并转化成在三维坐标系内的坐标A(x_A0，y_A0，z_A0)，其中，A为桥墩的上端定位传感器的安装点；z_A0等于桥墩设计的海拔高度；

S3：当市政环境监控后台发出大风预警时，风速风向传感器每隔一段设定时间t采集一次风速v和风向f；

S4：计算风速v对垂直桥梁侧面垂直施加的风速分量v'：v′＝v·tanθ，其中，θ为风向f与X轴的夹角；

S5：将风速分量v'与桥梁设计的抗横向风速阈值V进行比较，若v'≥V，则判定桥梁可能遭到大风破坏，执行步骤S6；否则，桥梁安全，返回步骤S3；

S6：采集此时桥墩上端的定位传感器的坐标信息A'(x_A1，y_A1，z_A1)；

S7：计算桥墩的上端发生摆动的偏移量L：

和沉降量D：D＝|z_A1-z_A0|；

S8：将偏移量L与桥墩设计时允许的摆动幅度L'进行比较，若L≥L'，则判定桥墩出现风险，桥梁安全监测中心生成桥墩风险报告信息，并进行桥墩风险报警，将桥墩风险报警信息发送给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，封锁桥梁；否则，桥墩未出现风险，执行步骤S9；

S9：采集两跨梁之间的拉力f和位移s，将位移s与允许的位移量s'进行比较；

若s≥s'，则判定跨梁在桥墩上出现风险位移，桥梁安全监控中心生成跨梁风险报告信息，并进行跨梁风险报警，跨梁风险报告信息发送给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，封锁桥梁；

若s＜s'，执行步骤S10；

S10：将拉力f与两跨梁之间的设计拉力值f'作差，得到拉力波动值Δf：Δf＝f-f'，将拉力波动值Δf与波动允许阈值Δf'进行比较；

若Δf≥Δf'，则判定跨梁可能会出现位移，桥梁安全监控中心生成跨梁风险预警报告信息，并将跨梁风险预警报告信息发送给桥梁检修人员，提醒桥梁检修人员上桥检修跨梁之间连接结构是否安全；

若Δf＜Δf'，则判定此次大风预警未影响桥梁安全，返回步骤S3；

S11：称重传感器采集跨梁两端驶入和驶出的车辆的重量，计算跨梁上堆积车辆的重量；

在跨梁的驶入端采集t₁时长内驶入跨梁上车辆的总重量T₁，在跨梁的驶出端采集t₁时长内驶出跨梁上车辆的总重量T₂，

若T₂＜T₁，则判定此时段跨梁上车辆出现堵塞或有车辆出现违规停放，桥梁安全监控中心发送跨梁上车辆较多信息给交管部门，交管部门启动跨梁驶入端的禁止驶入的交通信号灯，对驶入车辆进行临时管制；

设定时间t₂后，t₂＝S/V'，S为跨梁的长度，V'跨梁上车辆的最低限速；采集t₂时间段内跨梁驶出端的车辆重量T₃；

若T₃＜T₁-T₂，则判定此时段跨梁上出现车辆违规停放，交管部门启动跨梁上的摄像头对违规停放车辆进行抓拍；

若T₃≥T₁-T₂，则判定跨梁上已经疏通，交管部门启动跨梁驶入端的允许驶入的交通信号灯；

若T₂≥T₁，则判定此时段跨梁上畅通。

2.根据权利要求1所述的桥梁安全监测方法，其特征在于，还包括：

S12：获取一段时间内采集的风速分量v'、偏移量L、拉力波动值Δf和位移s，分别形成风速分量数据组(v'₁，v'₂，···，v'_n)、偏移量数据组(L₁，L₂，···，L_n)、拉力波动值数据组(Δf₁，Δf₂，···，Δf_n)和位移数据组(s₁，s₂，···，s_n)，n为采集的次数；

S13：建立多参数的桥梁寿命评估概率模型：

其中，σ₁为风速分量数据组内的风速分量标准差，σ₂为偏移量数据组内的偏移量标准差，σ₃为拉力波动值数据组内的拉力波动值标准差，σ₄为位移数据组内的位移标准差；

为风速分量数据组内的风速分量均值，

为偏移量数据组内的偏移量均值，

为拉力波动值数据组内的拉力波动值均值，

为位移数据组内的位移均值；P_u为寿命评估概率的参考值；

S14：将风速分量数据组、偏移量数据组、拉力波动值数据组和位移数据组代入桥梁寿命评估概率模型中，建立寿命评估概率与风速分量、偏移量、拉力波动值和位移的分布图，寿命评估概率为纵坐标，风速分量、偏移量、拉力波动值和位移作为横坐标，以参考值作为参考横线，对桥梁寿命进行评估。

Images