一種工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及結(jié)構(gòu)工程自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 從20世紀80年代起，我國的公路建設(shè)飛速發(fā)展，陸續(xù)建設(shè)了各種類型的公路橋梁， 擁有橋梁數(shù)量位于世界第二位。伴隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)增長和人民生活水平質(zhì)量的提高， 對橋梁的通行能力和承載能力提出了更高的要求。如今，橋梁不僅僅作為順利通行的建筑 物，橋梁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和橋梁技術(shù)的進步已經(jīng)成為國家綜合國力的體現(xiàn)，溝通和促進著各國 文化的交流和發(fā)展。但在快速發(fā)展的橋梁領(lǐng)域，不斷追求造型和材料創(chuàng)新的同時卻忽視了 成橋后的運營狀態(tài)和質(zhì)量，投入運營后橋梁的可靠性能否到達最初的設(shè)計標準，值得探究。 在橋梁運營階段，由于結(jié)構(gòu)受到可變作用和偶然作用的影響，日積月累將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 出現(xiàn)不同程度的損傷，材料性能加速退化，縮短橋梁的正常使用壽命。
[0003] 我國的橋梁健康狀況每況愈下，頻頻出現(xiàn)報警，應(yīng)給予高度重視。據(jù)統(tǒng)計，截至到 2013年底，全國公路橋梁達七十多萬座。其中，大橋所占比重較大，約為總數(shù)的90%，特大橋 梁有三千多座。國家投入大量資金用于養(yǎng)護舊橋，改造危橋，共改造危橋兩萬多座。另外，公 路橋梁超載現(xiàn)象比較普遍，而橋梁一旦超載使用會使其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生難以修復(fù)的內(nèi)部損傷，頻 繁超載后導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。超載最致命的負面作用是對橋梁正常使用壽命的影 響。若車輛超載一倍就會導(dǎo)致橋梁使用壽命縮短90%。在橋梁運營條件每況愈下的情況下， 超載現(xiàn)象頻繁導(dǎo)致的惡性循環(huán)加重了橋梁結(jié)構(gòu)的損傷。
[0004] 建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是保障結(jié)構(gòu)安全運營和延長使用壽命的有效手段。結(jié)構(gòu)健 康監(jiān)測系統(tǒng)利用長期安裝在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置上的傳感器實時監(jiān)測、評估結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，在 自然環(huán)境、交通條件或運營狀況嚴重異常時發(fā)出預(yù)警信號，為結(jié)構(gòu)維護、維修與管理決策提 供依據(jù)和指導(dǎo)，可在第一時間發(fā)現(xiàn)潛在問題，有效避免惡性事故。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該 系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集、傳輸和處理橋梁運營技術(shù)參數(shù)，具有響應(yīng)速度快、可靠性高和成本低廉 等特點，能夠滿足橋梁分布分散、地域廣闊的大型監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)需要。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案為：
[0007] -種工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括現(xiàn)場工作站以及與現(xiàn)場工作站無線通 信的監(jiān)控中心服務(wù)器及監(jiān)控終端數(shù)據(jù)預(yù)警系統(tǒng)。
[0008] 現(xiàn)場工作站包括靜態(tài)數(shù)據(jù)采集單元、動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元、工控機和無線傳輸模塊。 靜態(tài)數(shù)據(jù)采集單元通過總線與工控機通信，動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元通過工控機中的采集卡與工 控機通信，工控機通過無線傳輸模塊并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心服務(wù)器通信。監(jiān)控終 端數(shù)據(jù)預(yù)警系統(tǒng)包含報警軟件及移動終端，可將超限報警的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到被關(guān)聯(lián)的移動 終端設(shè)備上，具手機短信通知功能。
[0009] 具體的，靜態(tài)數(shù)據(jù)采集單元包括監(jiān)測靜態(tài)響應(yīng)的的溫度傳感器、監(jiān)測應(yīng)力應(yīng)變的 振弦應(yīng)變計、監(jiān)測橋梁撓度的靜力水準儀、監(jiān)測結(jié)構(gòu)裂縫變化的裂縫儀和監(jiān)測結(jié)構(gòu)位移的 位移計，動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元包括監(jiān)測結(jié)構(gòu)振動情況的拾振器。
[0010] 具體的，無線傳輸模塊為DTU數(shù)傳模塊。
[0011] 本實用新型的有益效果:按照本實用新型將橋梁運行技術(shù)參數(shù)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動 態(tài)數(shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)指變化速度較慢的結(jié)構(gòu)運營技術(shù)參數(shù)，如結(jié)構(gòu)箱外溫度、應(yīng)力應(yīng)變、結(jié)構(gòu) 撓度、結(jié)構(gòu)裂縫變化和結(jié)構(gòu)位移等;動態(tài)數(shù)據(jù)指變化速度較快的結(jié)構(gòu)運營技術(shù)參數(shù)，如結(jié)構(gòu) 振動情況，包括振動頻率、振型和阻尼系數(shù)等。本實用新型中，靜態(tài)數(shù)據(jù)采集單元用于采集 靜態(tài)數(shù)據(jù)并使用基于總線的分布式數(shù)據(jù)采集技術(shù)與現(xiàn)場的工控機通信，動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元 用于采集動態(tài)數(shù)據(jù)并使用基于板卡的集中式數(shù)據(jù)采集技術(shù)與現(xiàn)場的工控機通信。基于總線 的分布式數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有易維護、布線簡單、可靠性高等優(yōu)點，其缺點是采樣速度低?；?于板卡的集中式數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有采樣速度快的優(yōu)點，其缺點是布線費用較高，適合于動 態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型針對結(jié)構(gòu)運營監(jiān)控中不同技術(shù)參數(shù)的特點，分別采用以上兩種數(shù) 據(jù)采集技術(shù)進行采集，既滿足了工程實際中結(jié)構(gòu)健康檢測的技術(shù)需要，而且降低了現(xiàn)場布 線的難度和成本，具有較強的實用性。
[0012] 本實用新型考慮到監(jiān)控中心服務(wù)器一般設(shè)置在遠離結(jié)構(gòu)工程的城市中，在結(jié)構(gòu)現(xiàn) 場設(shè)置若干臺數(shù)據(jù)采集儀或工控機，負責對現(xiàn)場信號的收集。結(jié)構(gòu)運營技術(shù)參數(shù)的采集現(xiàn) 場多處于野外，工程結(jié)構(gòu)分布的地域較為廣闊和分散，鋪設(shè)專用的有線通信網(wǎng)絡(luò)耗資巨大， 并且維護運營的難度和經(jīng)費開支均較高。GPRS網(wǎng)絡(luò)是覆蓋全國的公共網(wǎng)絡(luò)，采用GPRS來傳 輸數(shù)據(jù)的一大優(yōu)勢就是現(xiàn)場采集點可以分步在全國范圍，數(shù)據(jù)中心與現(xiàn)場采集點之間的距 離不受限制，該優(yōu)點是專用無線通信網(wǎng)絡(luò)(如數(shù)傳電臺、WiMax和WLAN等)和有線通信網(wǎng)絡(luò)無 法比擬的。本實用新型利用DTU數(shù)傳模塊和GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場信號傳輸至監(jiān)控中心 服務(wù)器，降低了建設(shè)成本，并且響應(yīng)速度快、可靠性高，能夠滿足工程結(jié)構(gòu)分布分散、地域 廣闊的大型監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)需要。本實用新型設(shè)計結(jié)構(gòu)簡潔，適用于全國各類工程結(jié)構(gòu)的運 營情況檢測，具有較大的應(yīng)用和推廣空間。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0015] 實施例1
[0016]實施例1為包頭黃河大橋一橋，該橋位于包茂高速公路，它是從包頭市白云鄂博到 陜西等省通衢的重要組成部分。該橋于1983年建成通車，使用至今已逾三十年。黃河大橋一 橋全橋長810m，引橋采用一孔20m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁;2~13跨分為3聯(lián)，每聯(lián)4跨為65m 等高度連續(xù)箱梁。該橋主橋各跨(第2~13跨)箱梁內(nèi)外側(cè)腹板在各墩頂10m范圍內(nèi)均存在多 條斜向主拉應(yīng)力裂縫，其中第2、5、6、9、10、13跨(非連續(xù)端）由于受力較大，裂縫較嚴重，均 存在斜向貫通裂縫，裂縫寬度大部分均已超限。引橋(第1跨)箱梁梁體兩側(cè)腹板均存在多條 豎向裂縫，且部分裂縫寬度超限。該橋第二道伸縮縫鋼梁斷裂，斷成5截，已喪失使用功能； 第三道伸縮縫鋼梁連接部件損壞、脫落，影響伸縮縫的正常使用。重載車輛通過該橋時，橋 梁振感明顯。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》(116!111-2004)第3.5.2條的規(guī)定，參照養(yǎng)護規(guī)范中 以重要部件最差的缺損狀況評定方法，該橋評定為四類橋梁，急需維修加固。
[0017] 實施例1主要進行橋梁的結(jié)構(gòu)控制斷面應(yīng)力監(jiān)測、粱體撓度變形監(jiān)測、病害斷面裂 縫變化監(jiān)測、梁端位移變化量監(jiān)測（即支座位移變化量監(jiān)測）、橋梁工作環(huán)境的監(jiān)測和結(jié)構(gòu) 整體性能監(jiān)測（即振動監(jiān)測）。如圖1所示，實施例1包頭黃河大橋一橋的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng) 包括現(xiàn)場工作站和監(jiān)控中心服務(wù)器，其中，現(xiàn)場工作站由靜態(tài)數(shù)據(jù)采集單元、動態(tài)數(shù)據(jù)采集 單元、工控機和DTU數(shù)傳模塊組成，DTU數(shù)傳模塊中插入一張中國移動的數(shù)據(jù)S頂卡。靜態(tài)數(shù) 據(jù)采集單元通過RS-485總線及RS485-232交換機與工控機通信，動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元通過工 控機中的采集卡與工控機通信，工控機通過DTU數(shù)傳模塊并利用GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控