[发明专利]基于结构响应测量的箱梁桥防倾覆监测系统

说明书

本发明公开一种基于结构响应测量的箱梁桥防倾覆监测系统，包括多对竖向位移传感器，竖向位移传感器成对安装在墩顶支座两端，连续获取外部荷载作用下测点处的竖向位移，由竖向位移换算出相应位置处的支座转角，根据支座转角判断支座是否脱空，进一步判断桥梁结构是否存在倾覆风险的可能性，监测现场布置信息采集和网络通讯系统，并在云端部署信息处理分析总控系统。本发明具有计算简单，系统成本低，施工方便等优点，适用于各类箱梁桥的防倾覆监测。

技术领域

本发明涉及一种桥梁健康监测领域，特别涉及一种适用于各类箱梁桥的基于结构响应测量的箱梁桥防倾覆监测系统。

背景技术

箱梁桥，尤其是独柱墩曲线箱梁桥，被广泛应用于城市高架桥、互通立交桥以及匝道桥。但是，该类箱桥梁多为整体吊装结构，重心较高；独柱墩桥梁墩顶较窄，使得支座间的距离受限，有时甚至只能采用单支座。因此，该类箱桥梁存在自身抗倾覆能力不足的问题。另一方面，车辆超载问题日益严重且普遍，重车或超载车单侧加载形成超限倾覆力矩的概率很大，结构发生倾覆的潜在危险不容忽视。近年来，已发生多起箱梁桥倾覆事故。

现有此类箱桥梁抗倾覆的研究，主要是针对抗倾覆稳定系数的计算以及抗倾覆能力影响因素的分析，以此来指导箱桥梁结构横向稳定性的计算设计。然而，对于已经建成的桥梁，由于车辆荷载的随机性，设计过程中难以周全地考虑超载、异常交通流等情况；而且，结构本身抗力也具有不确定性。所以，尽管在设计时采用了抗倾覆稳定系数对桥梁的抗倾覆能力进行了规定，但在实际使用时并不能完全确保结构安全。

关于倾覆机理的研究表明，箱桥梁的倾覆过程描述为：在汽车和其他荷载的倾覆力作用下，单向受压支座依次脱空至倾覆轴外侧无其他支点，结构边界条件失效而失去平衡的过程(如图1所示)。在桥梁结构的支座、桥墩等部件设计合理、性能完好的条件下，梁体发生过大转角会导致部分支座脱空，使得梁体形成转动机制是发生倾覆的前提。

为了有效把握桥梁运营期间的实际安全状态，准确评估桥梁是否有发生倾覆的风险，避免、预警以及报警倾覆事故，这是本申请需要着重改善的地方。

发明内容

本发明所要解决的技术问题提供一种基于结构响应测量的箱梁桥防倾覆监测系统，监测与评估箱梁桥的防倾覆状态，避免、预警以及报警倾覆事故的发生。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于结构响应测量的箱梁桥防倾覆监测系统，所述监测系统包括多对竖向位移传感器，竖向位移传感器成对安装在墩顶支座两端，连续获取外部荷载作用下测点处的竖向位移，由竖向位移换算出相应位置处的支座转角，根据支座转角判断支座是否脱空，进一步判断桥梁结构是否存在倾覆风险的可能性，监测现场布置信息采集和网络通讯系统，并在云端部署信息处理分析总控系统。

梁体底面保持为一平面且和墩顶支座的顶面紧密接触，梁体转角等于支座转角支座，此测点处的竖向位移换算成支座的实际转角。

所述墩顶支座包括墩顶单支座和墩顶双支座，对于墩顶单支座是定义梁体和支座一侧边缘开始分离为支座脱空；对于墩顶双支座是定义梁体和一侧支座完全分离为支座脱空；将支座开始脱空时的临界转角定义为支座的容许转角。

所述支座的容许转角随着时间的推移逐渐变小，建立支座容许转角时变效应的指数衰减模型。

所述支座转角大于容许转角，判定支座此时处于脱空状态，由此计算观测时段内支座脱空概率。

所述桥梁结构是否存在倾覆风险的可能性，是根据支座脱空情况确定桥梁结构的实际支承约束情况，当梁体支撑在一条直线上形成转动机制为发生倾覆的临界状态。

本发明的位移传感器测量获取的竖向位移换算为相应位置处的支座转角。以支座不发生脱空为控制条件，分析得到支座容许转角。将实际测量的转角和容许转角相比较，得知桥梁各个支座是否发生脱空，从而确定桥梁结构的实际支承约束情况，进一步判断监测桥梁是否有发生倾覆的可能性。