本發(fā)明涉及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)服役狀態(tài)下，處于河流中橋梁的橋墩基礎(chǔ)沖刷是普遍存在的一種病害，也是造成橋梁失穩(wěn)倒塌的主要原因。

近些年，由于健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，利用傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)橋梁狀態(tài)，獲得橋梁的服役情況，并傳輸給數(shù)據(jù)中心，有助于管理人員及時(shí)了解橋梁狀況，并作出應(yīng)對(duì)的管理養(yǎng)護(hù)措施。然而，現(xiàn)有的針對(duì)橋梁橋墩的健康監(jiān)測(cè)指標(biāo)，往往包含溫度、風(fēng)、結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)變或開(kāi)裂等，針對(duì)河流中橋梁橋墩沖刷的監(jiān)測(cè)指標(biāo)一直未建立，往往依靠潛水員監(jiān)測(cè)的方式，耗時(shí)費(fèi)力。同時(shí)，處于河流中的橋梁在水流的作用下發(fā)生極細(xì)微的振動(dòng)，這種振動(dòng)在通常條件下難以監(jiān)測(cè)到，隨著橋梁的橋墩基礎(chǔ)沖刷加重，振動(dòng)程度會(huì)逐漸增大，然而，即使振動(dòng)程度增大，這種振動(dòng)依然難以監(jiān)測(cè)，會(huì)導(dǎo)致一旦被監(jiān)測(cè)到振動(dòng)的發(fā)生，橋墩基礎(chǔ)已經(jīng)被沖刷的非常嚴(yán)重，存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的針對(duì)河流中橋梁橋墩沖刷的監(jiān)測(cè)指標(biāo)一直未建立，且處于河流中的橋梁在水流的作用下發(fā)生極細(xì)微的振動(dòng)，難以檢測(cè)到的問(wèn)題。本本發(fā)明的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，隨著河流對(duì)橋梁橋墩沖刷程度變化，加速度傳感器獲取的橋墩振動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠判斷橋墩振動(dòng)頻率是否變化，從而能夠準(zhǔn)確靈敏地監(jiān)測(cè)到?jīng)_刷狀況，從而可及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁沖刷病害，從而更加適于實(shí)際工程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便，監(jiān)測(cè)靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確，具有良好的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括沖擊錘、加速度傳感器、采集器、數(shù)據(jù)傳輸裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，

所述沖擊錘，用于對(duì)橋梁的蓋梁的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)；

所述加速度傳感器，用于檢測(cè)沖擊錘對(duì)橋梁的蓋梁的側(cè)壁沖擊時(shí)，橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

所述采集器，用于采集加速度傳感器獲取的橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)傳輸裝置，用于接收采集器采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并傳輸數(shù)據(jù)處理裝置；接收數(shù)據(jù)處理裝置的沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，并發(fā)送給沖擊錘，觸發(fā)沖擊錘對(duì)橋梁的蓋梁的側(cè)壁沖擊；

所述數(shù)據(jù)處理裝置，用于接收處理振動(dòng)數(shù)據(jù)，判斷橋梁橋墩沖刷狀況，并產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)；

所述沖擊錘固定在橋梁的蓋梁側(cè)壁上，所述采集器固定在橋梁的蓋梁頂部，所述加速度傳感器與采集器相連接，所述采集器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置與數(shù)據(jù)處理裝置相連接，所述數(shù)據(jù)處理裝置還通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置與沖擊錘相連接。

前述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)傳輸裝置為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置，所述數(shù)據(jù)傳輸裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)無(wú)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

前述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述沖擊錘，在數(shù)據(jù)處理裝置的控制下，定期對(duì)橋梁的蓋梁的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)。

前述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述沖擊錘，在數(shù)據(jù)處理裝置的控制下，每天6時(shí)和20時(shí)，兩次對(duì)橋梁的蓋梁的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)。

基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟（a），將沖擊錘固定在橋梁的蓋梁側(cè)壁上，采集器固定在橋梁的蓋梁頂部，并將加速度傳感器與采集器相連接，采集器與數(shù)據(jù)傳輸裝置相連接；

步驟（b），建立數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)處理裝置的無(wú)線通信；

步驟（c），數(shù)據(jù)處理裝置定期的產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置將沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，發(fā)送給沖擊錘；

步驟（d），沖擊錘接收到?jīng)_擊錘觸發(fā)控制信號(hào)后，對(duì)橋梁的蓋梁的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)；

步驟（e），在橋墩振動(dòng)后，加速度傳感器檢測(cè)橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)，采集器采集加速度傳感器獲取的橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟（f），采集器將采集到的橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)，傳輸給數(shù)據(jù)傳輸裝置；

步驟（g），數(shù)據(jù)傳輸裝置將振動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置；

步驟（h），數(shù)據(jù)處理裝置（5）通過(guò)接收到的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換處理，得到橋墩的振動(dòng)頻率值，并與橋墩振動(dòng)頻率閾值進(jìn)行比較，若存在明顯變化，且判定存在橋墩沖刷病害。

前述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：數(shù)據(jù)處理裝置（5）定期的產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，是在每天6時(shí)和20時(shí)，兩次對(duì)產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)。

前述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：步驟（h），所述橋墩振動(dòng)頻率閾值為前一天計(jì)算得到的橋墩的振動(dòng)頻率值的平均值。

前述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：步驟（h），明顯變化為橋墩的振動(dòng)頻率值與橋墩振動(dòng)頻率閾值比較后，波動(dòng)達(dá)到10%及以上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，隨著河流對(duì)橋梁橋墩沖刷程度變化，加速度傳感器獲取的橋墩振動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠判斷橋墩振動(dòng)頻率是否變化，從而能夠準(zhǔn)確靈敏地監(jiān)測(cè)到?jīng)_刷狀況，從而可及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁沖刷病害，從而更加適于實(shí)際工程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便，監(jiān)測(cè)靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確，具有良好的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝位置示意圖；

圖2是本發(fā)明的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

附圖中標(biāo)記的含義如下：

1：沖擊錘；2：加速度傳感器；3：采集器；4：數(shù)據(jù)傳輸裝置；5：數(shù)據(jù)處理裝置；6：蓋梁。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1及圖2所示，本發(fā)明的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括沖擊錘1、加速度傳感器2、采集器3、數(shù)據(jù)傳輸裝置4和數(shù)據(jù)處理裝置5，

所述沖擊錘1，用于對(duì)橋梁的蓋梁6的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)；

所述加速度傳感器2，用于檢測(cè)沖擊錘1對(duì)橋梁的蓋梁6的側(cè)壁沖擊時(shí)，橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

所述采集器3，用于采集加速度傳感器2獲取的橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)傳輸裝置4，用于接收采集器3采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并傳輸數(shù)據(jù)處理裝置5；接收數(shù)據(jù)處理裝置5的沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，并發(fā)送給沖擊錘1，觸發(fā)沖擊錘1對(duì)橋梁的蓋梁6的側(cè)壁沖擊；

所述數(shù)據(jù)處理裝置5，用于接收處理振動(dòng)數(shù)據(jù)，判斷橋梁橋墩沖刷狀況，并產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)；

所述沖擊錘1固定在橋梁的蓋梁6側(cè)壁上，所述采集器3固定在橋梁的蓋梁6頂部，所述加速度傳感器2與采集器3相連接，所述采集器3通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置4與數(shù)據(jù)處理裝置5相連接，所述數(shù)據(jù)處理裝置5還通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置4與沖擊錘1相連接。

所述數(shù)據(jù)傳輸裝置4為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置，所述數(shù)據(jù)傳輸裝置4與數(shù)據(jù)處理裝置5通過(guò)無(wú)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，無(wú)線通信，無(wú)線布線，使用方便，便于遠(yuǎn)程的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)。

所述沖擊錘1，在數(shù)據(jù)處理裝置5的控制下，定期對(duì)橋梁的蓋梁6的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)，優(yōu)選的每天6時(shí)和20時(shí)，兩次對(duì)橋梁的蓋梁6的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)。

根據(jù)上述的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟，

步驟（a），將沖擊錘1固定在橋梁的蓋梁6側(cè)壁上，采集器3固定在橋梁的蓋梁6頂部，并將加速度傳感器2與采集器3相連接，采集器3與數(shù)據(jù)傳輸裝置4相連接；

步驟（b），建立數(shù)據(jù)傳輸裝置4、數(shù)據(jù)處理裝置5的無(wú)線通信；

步驟（c），數(shù)據(jù)處理裝置5定期的產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置4將沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)，發(fā)送給沖擊錘1，優(yōu)選的是在每天6時(shí)和20時(shí)，兩次對(duì)產(chǎn)生沖擊錘觸發(fā)控制信號(hào)；

步驟（d），沖擊錘1接收到?jīng)_擊錘觸發(fā)控制信號(hào)后，對(duì)橋梁的蓋梁6的側(cè)壁沖擊，引起橋墩振動(dòng)；

步驟（e），在橋墩振動(dòng)后，加速度傳感器2監(jiān)測(cè)橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)，采集器3采集加速度傳感器2獲取的橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟（f），采集器3將采集到的橋墩振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)，傳輸給數(shù)據(jù)傳輸裝置4；

步驟（g），數(shù)據(jù)傳輸裝置4將振動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置5；

步驟（h），數(shù)據(jù)處理裝置（5）通過(guò)接收到的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換處理，得到橋墩的振動(dòng)頻率值，并與橋墩振動(dòng)頻率閾值進(jìn)行比較，若存在明顯變化為橋墩的振動(dòng)頻率值與橋墩振動(dòng)頻率閾值比較后，波動(dòng)達(dá)到10%及以上，且判定存在橋墩沖刷病害，所述橋墩振動(dòng)頻率閾值為前一天計(jì)算得到的橋墩的振動(dòng)頻率值的平均值。

綜上所述，本發(fā)明的基于沖擊錘的橋梁橋墩沖刷狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，隨著河流對(duì)橋梁橋墩沖刷程度變化，加速度傳感器獲取的橋墩振動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠判斷橋墩振動(dòng)頻率是否變化，從而能夠準(zhǔn)確靈敏地監(jiān)測(cè)到?jīng)_刷狀況，從而可及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁沖刷病害，從而更加適于實(shí)際工程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便，監(jiān)測(cè)靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確，具有良好的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。