一种桥梁风致响应监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁监控系统，具体涉及一种桥梁风致响应监测系统。


背景技术：

2.桥梁监测是基于检测技术，对桥梁载荷、结构响应、索力变化进行采集、预警分析的安全运维工程技术。近年来，公路年平均交通量的剧增加速了桥梁老化和损坏，尤其是大跨度桥梁，常年处于超负荷服役状态。每年频发的桥梁坍塌事件，造成了恶劣的影响，究其根本，均是源于桥梁老化和缺乏维护。
3.风对桥梁的作用是一个十分复杂的现象，它受到风的自然特性、结构动力性能以及风与结构的相互作用三方面的制约。大跨度桥梁在较强风致响应下，桥上行车安全性降低的同时结构承载力也受到了考验。传统桥梁监测系统对于桥梁病害研究主要集中在交通载荷相应、拉索索力监测、结构材料检测等方向。随着近年来台风灾害频率的增加，桥梁在台风作用下的结构风致响应日益明显，因此，在台风应急管理事件期间，对桥梁风力进行全天候监测并及时获取主梁、桥塔关键位置的裂缝位移情况是至关重要的，其能够为风致响应下桥梁的老化成因、老化变化规律的研究提供更加完善的数据支撑。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型目的是提供一种桥梁风致响应监测系统，结合多维度的数据采集，为桥梁监测系统对风场数据和风致响应的分析、以及桥梁健康监测系统的实时分析、报警和应急处理能力提供支撑。
5.技术方案：一种桥梁风致响应监测系统，其特征在于，包括：
6.风速仪，所述风速仪包括机身，机身内嵌有测速转子轴，测速转子轴的一端伸出机身后连接多个风轮转杆，风轮转杆的端部安装有测速风轮；测速转子轴的底端安装有凸轮盘，凸轮盘上包括一遮光部；凸轮盘的上下侧分别设置有光源板和光敏检测板；风力依次驱动测速风轮、测速转子轴及凸轮盘旋转，当凸轮盘的遮光部旋转至光源板和光敏检测板之间时，光源板和光敏检测板之间的信号截止；
7.风压传感器，布置在桥梁的桥面、风嘴、梁底处；
8.预埋件，成对埋设于桥梁裂缝两侧，用于标定裂缝宽度的变化；
9.控制中心，和风速仪、风压传感器电性连接，用于接收风场数据；所述控制中心包括存储单元，存储单元存储有每一组预埋件的间距和历史风场数据。
10.优选的，所述风速仪和/或风压传感器包括无线通信模块，所述无线通信模块和控制中心、手持终端通信连接。
11.此外，系统还包括索力计和/或桥面应力传感器。
12.进一步的，所述风速仪和/或风压传感器还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块和手持终端通信连接。
13.进一步的，还包括摄像头；所述摄像头设置在裂缝一侧，用于拍摄裂缝变化；所述
控制中心和摄像头电性连接，控制中心存储有裂缝图像。
14.进一步优选的，系统还包括报警模块，所述报警模块和控制中心电性连接。优选的，所述报警模块和手持终端通信连接。
15.优选的，所述测速转子轴的底端嵌套有第一驱动轮，该驱动轮的一侧啮合连接有联动轮架，联动轮架底端一侧啮合连接有第二驱动轮，第二驱动轮的转轴底端嵌套有凸轮盘，所述凸轮盘的一侧伸入光源板和光敏检测板之间；风力依次驱动测速风轮、测速转子轴、第一驱动轮、联动轮架、第二驱动轮及凸轮盘旋转，当凸轮盘的遮光部旋转至光源板和光敏检测板之间时，光源板和光敏检测板之间的信号截止。
16.优选的，机身底端设有一支撑部，所述光源板和光敏检测板可拆卸地安装在该支撑部上。
17.和现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
18.1、能够实现台风作用期间对风力的高频动态监测，从而为桥梁安全监测提供大量的桥梁风场数据，为后续风致响应研究提供数据支撑；
19.2、采用预埋件标定裂缝宽度，结合桥梁风场监测，为风致响应下桥梁裂缝变化规律的研究提供依据；
20.3、具备无线通信能力，同时支撑蓝牙通信，数据传输灵活、可靠、稳定；
21.4、相较于电流式风速仪，光敏式风速仪更适用于台风应急管理期间使用；风速仪内部设置调速机构(多个驱动轮和联动轮架结构)，通过调整齿轮参数来调整光信号的导通或截止频率，从而满足不同情况的测量精度；同时，光源板和光敏检测板高度可调，便于安装拆卸维护。
附图说明
22.图1为本实用新型的系统模块示意图(图中箭头表示信号传输方向)；
23.图2为本实用新型的预埋件的布置示意图；
24.图3为图2中a的剖视放大图；
25.图4为本实用新型的风速仪的局部布置示意图；
26.图5为图4所示风速仪的外部结构示意图；
27.图6为图4所示风速仪的风轮转杆结构图；
28.图7为本实用新型优选实施例的风速仪机身剖视图；
29.图8为支撑部、光源板和光敏检测板的固定方式爆炸图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案进行详细的介绍。
31.如图1-图3所示，一种桥梁风致响应监测系统，包括风速仪1、风压传感器2、预埋件3、控制中心4和手持终端5。风速仪1布置在桥梁两侧及高处，风压传感器2布置在桥梁的桥面、风嘴和梁底位置，风速仪1和风压传感器2分别和控制中心4电性连接，能够实时采集桥梁风速及风压，并将风速风压传输至控制中心4。预埋件3成对布置在关键裂缝的两侧，用于标定裂缝位移(主要为裂缝宽度的变化)；根据裂缝走向、深度，每道裂缝两侧布置1-5组预埋件，每组预埋件的连线应垂直于裂缝当前位置的裂缝走向。
32.由于风力等级和风速、风压呈正相关，当风速仪1、风压传感器2反馈至控制中心4的风场值高于安全阈值时，工程监测人员应实时监测每组预埋件间距d的变化；可选的，可以采用人工测量的方式测量每组预埋件的间距d，例如采用游标卡尺，也可以结合超声检测仪、摄像头6等设备监测裂缝变化，当系统采用摄像头6时，摄像头6和控制中心4电性连接，以便于摄像头6将现场图像实时反馈至控制中心4。所测量的预埋件间距d或裂缝位移应及时更新至控制中心4，优选的，工作人员采用手持终端5将数据录入控制中心4。手持终端5是工作人员和控制中心4通信的设备，能够支持风场、裂缝数据的传输，对应的，控制中心4内包括存储单元，存储单元存储有预埋件间距、裂缝形态/参数，以及历史风场数据，历史风场数据、裂缝形态、预埋件间距均打有时间标签。
33.具体的，风速仪1、风压传感器2包括无线通信模块，可以是无线wifi模块、4g或者5g模块。风速仪1、风压传感器2通过无线通信模块与控制中心4和/或手持终端5建立数据通信。进一步优选的，风速仪1、风压传感器2还包括蓝牙模块，主要用于实现和手持终端5的近距离通信。
34.进一步的，系统还包括索力计8、桥面应力传感器9，索力计8、桥面应力传感器9分别和控制中心4通信连接，用于提供更多维度的桥梁服役参数，为控制中心4综合分析桥梁健康情况提供全面、多维的数据支撑。
35.更进一步的，系统还包括预警模块7，预警模块7和控制中心4、手持终端5通信连接。控制中心4对获取的风场参数(风速、风向)、拉索索力、桥面应力进行分析处理后，结合预设安全阈值，对桥梁服役状态进行评估，必要时向预警模块7输出超限报警信息。
36.如图4-图6所示，本实用新型对风速仪提出改进，风速仪1包括机身101，测速转子轴111位于机身101内，其一端伸出机身101后安装连接风轮转杆103，风轮转杆103的一端焊接固定有测速风轮131。风轮转杆103通过转杆卡头102固定在测速转子轴111上。
37.具体的，转杆卡头102包括盖板121和转杆卡座122，转杆卡座122内开设有转杆限位槽，转杆限位槽的数量、位置和风轮转杆103一一对应，转杆限位槽内部设置有限位杆，风轮转杆103一端开设有插孔132，限位杆和插孔132适配安装。通过螺帽104将转杆卡头102、风轮转杆103、转杆卡座122挤压固定在测速转子轴111的顶端。
38.上述结构中，转杆卡头102和风轮转杆103之间，以及转杆卡头102和测速转子轴111之间均为组装可拆卸式结构，取消了传统焊接或一体式结构，便于更换损坏件。
39.测速转子轴111的底端安装有凸轮盘115，凸轮盘115上包括一遮光部151；凸轮盘115的上下侧分别设置有光源板117和光敏检测板118；测速转子轴111驱动凸轮盘115转动，凸轮盘115在转动时，遮光部151会频繁遮挡光源板117和光敏检测板118，根据遮挡频率计算风速。
40.如图7、图8所示为上述结构的优选实施例，测速转子轴111和凸轮盘115之间，嵌套有第一驱动轮112、联动轮架113和第二驱动轮114。第一驱动轮112和测速转子轴111连接，第一驱动轮112的一侧啮合连接有联动轮架113，联动轮架113底端一侧啮合连接有第二驱动轮114，第二驱动轮114的转轴底端嵌套凸轮盘115。凸轮盘115的一侧位于光源板117和光敏检测板118之间；风力依次驱动测速风轮131、测速转子轴111、第一驱动轮112、联动轮架113、第二驱动轮114及凸轮盘115旋转，当凸轮盘115的遮光部151旋转至光源板117和光敏检测板118之间时，光源板117和光敏检测板之间的信号截止。上述第一驱动轮112、联动轮
架113和第二驱动轮114，能够使得凸轮盘115按规定的速比传递顶部风轮的运动和动力。
41.进一步的，机身101底端设有一支撑部116，底端中心开设有走线孔104。光源板117和光敏检测板118可拆卸地安装在该支撑部116上，使得光源板117和光敏检测板118的高度、位置、间距更加可调可控。具体的，光源板117和光敏检测板118与支撑杆116通过锁紧螺钉105挤压限位固定(图8所示)。走线孔104的一侧嵌入有锁紧螺钉119，用于压紧支撑部116(图7所示)。
42.在机身101布置多级驱动轮的情况下，光源板117和光敏检测板118活动嵌套安装方式使得光源板117和光敏检测板118的高度、间距可调，从而适配于凸轮盘115的位置、厚度，避免漏光，提高检测精准性。
43.说明：本实用新型请求保护桥梁检测系统架构(包括模块连接关系、设备结构)，其中控制中心对风速、索力、应力、裂缝宽度的分析处理过程，以及通过参数提取计算超限报警信息的过程均是独立于本实用新型的软件产品，但能够被本实用新型所执行。